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本文探索了SiC纳米颗粒增强镁基复合材料的超声波复合法制备工艺,并对纳米SiCp/AZ91镁基复合材料进行了多向锻造。系统地研究了制备工艺参数对铸态纳米复合材料组织和力学性能的影响规律,揭示了纳米复合材料的增强机制。优化了纳米SiCp/AZ91复合材料的多向锻造工艺,采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了不同工艺下多向锻造对纳米复合材料显微组织的影响,并对多向锻造后纳米复合材料的织构演变及力学性能开展了系统研究。 理论计算表明当前研究中所用的超声波装置在镁熔体中可以产生充分的空化效应,并且空化效应在熔体中造成的声压可以打散 SiC纳米颗粒团聚。对AZ91合金研究表明超声波处理和未经过超声波处理的AZ91合金组织和力学性能趋于一致,表明超声波处理后AZ91合金中大部分第二相β-Mg17Al12形貌的改变是影响其力学性能主要因素。通过探索不同超声波处理功率、超声波处理时间以及不同搅拌铸造工艺,并探索制备不同体积分数的纳米SiCp/AZ91复合材料,获得搅拌铸造复合超声波分散法制备体积分数为1％的SiC纳米颗粒增强镁基复合材料优化工艺:半固态搅拌时间为5min,超声波处理功率为480W和超声波处理时间为20min。理论计算和试验对比分析表明当前铸态纳米SiCp/AZ91镁基复合材料的主要增强机制为Hall-Petch强化机制和Orowan强化机制。采用改进的Clyne法得到的纳米复合材料屈服强度的理论增加值更接近试验值,两者的差值主要是由于少量 SiC纳米颗粒聚集沿晶界分布,削弱了纳米复合材料中Orowan强化机制的影响。 对体积分数为1%的纳米SiCp/AZ91复合材料的恒温多向锻造研究表明,与400℃初次锻造后纳米SiCp/AZ91复合材料相比,纳米复合材料基体的再结晶程度随着恒温多向锻造道次的增加而逐渐增加。与350℃恒温多向锻造后纳米复合材料相比,恒温多向锻造温度的增加将导致纳米复合材料的基体晶粒尺寸增加。各道次多向锻造后纳米复合材料与 AZ91合金的织构类型相似,表明SiC纳米颗粒的加入不改变基体织构类型,但将影响其织构强度。纳米复合材料多向锻造过程中增强体SiC纳米颗粒的加入将阻碍动态再结晶晶粒的长大。与铸态纳米SiCp/AZ91复合材料相比,400℃不同道次恒温多向锻造后纳米复合材料的抗拉强度和屈服强度显著增加;6道次恒温多向锻造后纳米复合材料的屈服强度、抗拉强度和延伸率较铸态同时提高。与相同工艺下恒温多向锻造后AZ91合金相比,SiC纳米颗粒的加入导致复合材料的屈服强度均显著增加;6道次恒温多向锻造后纳米复合材料的延伸率同合金相比则得到保持。 对合金与纳米SiCp/AZ91复合材料降温多向锻造研究则发现,纳米复合材料基体的平均晶粒尺寸比AZ91合金小,进一步证实SiC纳米颗粒的加入有利于基体再结晶晶粒的细化。与铸态纳米SiCp/AZ91复合材料相比,不同工艺下降温多向锻造后纳米复合材料基体晶粒显著细化,屈服强度和抗拉强度同时提高;随降温多向锻造道次的增加和锻造温度的降低,晶界附近析出相数量增加,这些析出相也将阻碍再结晶晶粒的长大。降温多向锻造后纳米复合材料中第二相析出的尺寸及其分布都将影响其断裂行为:降温至350℃经6道次多向锻造后纳米复合材料中存在明显的SiC纳米颗粒及第二相聚集带,这些聚集带将在室温拉伸过程中沿垂直于应力轴方向开裂,成为最大的裂纹源。少量粗大的第二相Mg17Al12与镁基体间也存在微裂纹,这些是另一个裂纹源。对不同工艺下多向锻造后AZ91合金和纳米SiCp/AZ91复合材料组织及力学性能进行系统分析表明复合材料中基体晶粒大小、织构分布、增强体SiC纳米颗粒分布状态以及第二相析出都将影响纳米复合材料的室温强韧性。