【摘 要】
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颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、比刚度、良好的耐磨性以及尺寸稳定性,兼具了陶瓷和金属的双重优势,在航空航天、核电军工、电子电工和汽车制造等领域有着广泛的应用前景。但是,随着复合材料中增强体颗粒含量的增加,颗粒/基体界面缺陷增多,协调塑性变形能力降低,使得复合材料难以制备成大尺寸板材,限制了其广泛应用。本文采用粉末冶金方法制备了30 wt.%的碳化硼颗粒（B4CP）增强铝基复合材料（B4CP/6
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颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、比刚度、良好的耐磨性以及尺寸稳定性,兼具了陶瓷和金属的双重优势,在航空航天、核电军工、电子电工和汽车制造等领域有着广泛的应用前景。但是,随着复合材料中增强体颗粒含量的增加,颗粒/基体界面缺陷增多,协调塑性变形能力降低,使得复合材料难以制备成大尺寸板材,限制了其广泛应用。本文采用粉末冶金方法制备了30 wt.%的碳化硼颗粒（B4CP）增强铝基复合材料（B4CP/6061Al）,通过ABAQUS有限元模拟软件对制备的B4CP/6061Al复合材料轧制过程进行数值模拟分析,研究复合材料在轧制过程中的应力应变、温度的分布规律,优化复合材料的轧制工艺,建立复合材料的轧制窗口,指导轧制实验。在数值模拟基础上,对铝基复合材料在不同的工艺参数下进行轧制,研究不同的工艺参数下,复合材料板材的成形、内部颗粒分布以及颗粒/基体界面的组织演化过程,研究分析复合材料板材的力学性能并对其强化机理进行讨论,对断口进行观察,探究其断裂机制。对轧制后的板材进行高能脉冲电流处理,探究脉冲电流对复合板材内部微观组织形貌的影响,研究分析脉冲电流对板材内部界面微裂纹、微孔隙的愈合作用的内在作用机制,分析脉冲电流对界面结合性能的影响,对脉冲电流处理后的力学性能进行测试分析。本论文的主要研究结果如下:（1）在B4CP/6061Al复合材料的热轧数值模拟过程中,板材表面受到的应力比板材中心大,且会由拉应力向压应力转变,所以表面会产生更多的塑性流动,流变应力随应变速率的升高而增大,随温度的升高而减小。（2）对B4CP/6061Al复合材料进行热轧,材料内部的孔隙明显减少,B4C颗粒分布均匀,Al基体以小角度晶界为主,平均晶粒尺寸得到细化,约3.86μm。这是由于热轧过程中软的Al基体会受压力作用产生明显的塑性流动,闭合孔隙的同时也会促进B4C颗粒的均匀分散,从而改善材料内部孔隙问题以及团聚问题。（3）B4CP/6061Al复合材料板材的拉伸强度随轧制下压量的增加而增大。轧制后B4C颗粒均匀分布在连续的Al基体中,界面结合良好,且能够观察到明显的高位错密度。对轧制后的B4CP/6061Al复合材料板材进行脉冲电流处理,复合材料板材的抗拉强度和延伸率均有提高,明显地改善了轧制变形后复合材料的塑性损失。（4）轧制后复合材料经脉冲电流处理后,B4C颗粒周围发生了明显的再结晶,电流焦耳热效应使得铝基体发生了晶粒粗化,平均晶粒尺寸由3.86μm长大至3.96μm,但材料内部仍然以小角度晶界为主。电子风力作用有效地促进位错的移动,材料的内部发生再结晶现象,比例达到16.4%。
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