【摘 要】
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颗粒增强铝基复合材料性能优良,在航天航空、汽车工业等领域有巨大的应用潜力。但颗粒增强铝基复合材料的高强度低韧性一直制约其发展,选择合适的成型方法与增强相类型是解决这一问题的两大关键点。本文首先通过冷等静压+挤压、热等静压、冷等静压+热压烧结+挤压、热压烧结+挤压以及包套挤压五种方法制备6061Al/SiCp复合材料,对复合材料进行成分分析、微观组织观察、力学性能试验以及断口形貌分析,探索合适的制备
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51774124); 湖南省自然科学基金项目(2019JJ40017); 湖南省创新创业技术投资项目(2018GK5068); 湖南省研究生培养创新实践基地
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颗粒增强铝基复合材料性能优良,在航天航空、汽车工业等领域有巨大的应用潜力。但颗粒增强铝基复合材料的高强度低韧性一直制约其发展,选择合适的成型方法与增强相类型是解决这一问题的两大关键点。本文首先通过冷等静压+挤压、热等静压、冷等静压+热压烧结+挤压、热压烧结+挤压以及包套挤压五种方法制备6061Al/SiCp复合材料,对复合材料进行成分分析、微观组织观察、力学性能试验以及断口形貌分析,探索合适的制备方法。并在此基础上,系统研究了包套挤压方法制备的SiC与不锈钢颗粒混杂增强铝基复合材料的热处理工艺对组织、性能的影响,探究了增强相的强化机制。对比了不同球磨参数下混合颗粒分散的效果发现,当球磨转速为160 rpm,球磨时间为1 h时,混合颗粒基本分布均匀。XRD分析结果显示不同方法制备的复合材料中主要成分均为Al和SiC,在成型过程中未生成其他物质。五种不同成型方法制备的复合材料都存在一定程度的组织缺陷,其中,通过包套挤压制备的复合材料组织分布最均匀,复合材料孔隙缺陷最少。力学拉伸结果显示通过包套挤压成型的复合材料综合力学性能最好,极限拉伸强度达到317 MPa,延伸率为3.25%,且断口表面表现出一定程度的塑性断裂特征。在混杂增强铝基复合材料中,不锈钢颗粒的加入在提高了材料延伸率的同时,又保留了强度。不同条件的热处理参数对复合材料的力学性能有明显的影响。但是,不锈钢颗粒几乎不影响复合材料中6061Al合金基体的时效析出行为。拉伸结果表明,在180°C时效6 h后,复合材料获得了最优的综合力学性能,此时极限拉伸强度为346 MPa,延伸率为17.8%。SiCp单一增强的铝基复合材料的断裂类型为脆-韧性混合断裂,断裂机理为铝合金基体的塑性变形以及SiCp的脱落。而在混杂增强铝基复合材料中,不锈钢颗粒在断口表面的破裂表明,载荷可以顺利地从基体组织上转移到不锈钢颗粒,又因为不锈钢本身具有良好的塑性,可以缓解铝合金基体与SiCp之间的变形不协调,使混杂增强铝基复合材料中应力分布更均匀,从而提高材料的综合力学性能。
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