纳米SiCp/108Al复合材料的组织性能及热变形行为

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SiCp/Al复合材料具有密度、热膨胀系数低,比强度、比刚度、硬度、弹性模量高,耐磨性、热稳定性好等优异性能,在航空航天、国防工业、轨道交通等高科技领域有着广阔的应用前景。SiCp尺寸对复合材料的组织性能有着很大影响,当SiCp的尺寸达到纳米级别时,增强效果更为显著。本文采用粉末冶金法制备了不同体积分数的80 nm SiCp增强108Al复合材料,采用金相显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜对复合材料的微观组织、纳米SiCp的分布及拉伸断口形貌进行了观察,测定了复合材料的相对密度、硬度、抗拉强度、屈服强度及伸长率,分析了纳米SiCp体积分数对复合材料组织及性能的影响,结果表明添加了纳米SiCp的复合材料组织明显细化,性能得到提高,当纳米SiCp体积分数为2%时,复合材料组织中晶粒较小,缺陷较少,SiCp分布均匀,复合材料性能最佳,相对密度达到98%,硬度为102HV,抗拉强度为348 MPa,屈服强度为229 MPa。在Gleeble-1500D热模拟试验机上对2%纳米SiCp/108Al复合材料进行热压缩模拟试验,研究其在460-520℃温度区间、0.1-10 s-1应变速率下的真应力-真应变曲线特征,计算了热变形激活能,构建了本构方程,同时在动态材料模型的基础上建立了热加工图,利用透射电子显微镜观察热变形后的显微组织变化规律。结果表明:纳米SiCp/108Al复合材料的真应力-真应变曲线具有典型动态再结晶特征,其流变应力和峰值应力均随变形温度的升高或应变速率的降低而减小,该复合材料具有温度敏感性和正应变速率敏感性。随着温度的升高或应变速率的降低,复合材料中开始出现动态再结晶晶粒。随着lnZ值的减小,组织中位错密度降低且亚晶组织更加完善,并伴随着再结晶现象的发生。纳米SiCp/108Al复合材料的动态软化机制包括动态回复和动态再结晶。
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