混合稀土及半固态等温热处理对原位Mg_2Si/Al复合材料组织与性能的影响

在原位Mg2Si/Al复合材料中,通过混合稀土变质及半固态等温热处理,分析变质及等温热处理后材料组织与力学性能的变化。结果表明:添加0.8%的混合稀土对Mg2Si起到很好的变质效果,初生Mg2Si的形貌由变质前的粗大十字状变为均匀分布的不规则块状,平均尺寸由变质前的74μm减小至24μm左右;同时,材料的力学性能也显著提升,抗拉强度由变质前的134 MPa提高至187.5 MPa,布氏硬度由HB 74.5提升至HB 89.5左右。最佳的等温热处理工艺为600℃保温90 min,此时,材料中初生Mg2Si转变为近球形,其形状因子为0.93左右,平均尺寸29μm左右。     

Mg_2Si/Al自生复合材料的组织与力学性能研究

对金属型和砂型铸造制备的Mg_2Si/Al自生复合材料进行了磷变质和T6热处理,分析了磷变质和T6热处理对复合材料组织与性能的影响及其作用机理。结果表明:Mg_2Si/Al复合材料主要由α-Al基体、Mg_2Si增强相、CuAl_2和Si共晶相组成;P对初生Mg_2Si相形貌的影响较为显著,而对共晶硅相的影响较小;Mg_2Si相主要呈十四面体结构;P变质处理可以显著改善Mg_2Si/Al复合材料的强度和塑性。     

原位20Mg_2Si/Al复合材料变质工艺优化

通过正交试验,对原位20Mg2Si/Al复合材料中的初生Mg2Si进行变质处理。结果表明,最佳的工艺参数是:P的加入量为0.03%,混合稀土的加入量为0.4%,变质温度为780℃,变质时间为30min。在影响变质效果的因素中,P的加入量对变质效果影响最大。混合稀土、变质温度和变质时间对试验有一定的影响。     

原位自生Mg_2Si/Al复合材料的组织与性能研究

研究了混合RE变质,混合RE+P变质以及熔体过热对18Mg2Si/Al复合材料组织与性能的影响。结果表明,未变质条件下,18Mg2Si/Al复合材料中初生Mg2Si为粗大的多角状或树枝状,平均晶粒尺寸为65.3μm,而且尺寸分布不均匀。经过3种不同的方法处理后,复合材料中初生Mg2Si得到了不同程度的细化,其中混合RE+P复合变质使初生Mg2Si尺寸达到15μm,共晶Mg2Si呈颗粒状。过热处理后初生Mg2Si达到了13μm,共晶Mg2Si呈絮状。原位自生18Mg2Si/Al复合材料的抗拉强度和伸长率得到了不同程度的提高。     

不同制备条件下原位Mg_2Si/Al复合材料的组织演变和耐磨性

采用普通重力铸造、挤压铸造和等温热处理半固态挤压的方法制备了原位Mg2Si/Al复合材料,研究了其组织演变和耐磨性.结果表明,P孕育变质后,铸态组织中Mg2Si增强相由粗大的枝晶转变为细小的块状,经过等温热处理后的半固态组织,Mg2Si增强相分布均匀、尺寸细小,表现为规则的球形,a-Al的形貌也变得较为圆整,表现为规则的球状或椭球状.此外,等温热处理的半固态组织中的Mg2Si和a-Al尺寸还有较为明显的改变.与普通重力铸造Mg2Si/Al复合材料相比,挤压铸造复合材料的HB硬度提高了23.5%,半固态挤压复合材料的HB硬度提高了39%.在相同磨粒尺寸和载荷条件下,普通重力铸造复合材料的磨损率最大,挤压铸造复合材料的磨损率次之,半固态挤压复合材料的磨损率最小.     

P和稀土复合变质的Mg_2Si/Al半固态组织与性能

在原位Mg2Si/Al复合材料中,通过P和混合稀土复合变质及改变半固态等温热处理的保温温度和保温时间,研究了复合变质及等温热处理对合金组织与力学性能的影响。结果表明,P和混合稀土联合变质后初生Mg2Si的形貌由粗大的十字状结构转变为不规则的多边形,均匀分布在铝基体上。初生相颗粒尺寸由未变质前的83μm减小到约17μm;经过570℃×90min半固态等温热处理后,初生Mg2Si相和α-Al相均转变为近球形,初生Mg2Si相形状因子约为0.96,平均等积圆直径约为16μm,此时材料的硬度(HB)达到最大值,为106。     

自生Mg2Si颗粒增强Al基复合材料的组织细化

研究了Sr以及Ce-Sr复合添加剂对Al/Mg2Si/Si自生复合材料凝固组织的影响规律.当Ce、Sr的加入量分别为1.0%和0.7%(质量分数)时,Mg2Si增强体以细小短棒状形态出现,其平均粒径为12μm,这比未经细化处理的Mg2Si增强体的平均粒径降低52%.同时,单位面积Mg2Si晶粒平均数量为未经细化处理时的4～6倍.单独加入Sr时,复合材料的组织细化则不如Ce-Sr复合处理时的稳定.对相关机制的研究表明,上述细化元素对Mg、Si原子在合金熔体中扩散的不同程度的抑制是微观组织得以细化的根本原因.     

Al-P和Al-Ti-B对Mg_2Si/Al复合材料显微组织的影响

研究了Al-3P和Al-5Ti-1B中间合金单独加入以及同时加入时对Mg2Si/Al复合材料显微组织的影响,并探讨了其作用机理。结果表明,Al-P和Al-Ti-B中间合金均可对Mg2Si产生较好的细化和变质效果,并且Al-Ti-B对Al-P的细化变质效果有促进作用,初生Mg2Si颗粒形态由枝晶变为多边形,平均颗粒尺寸由100μm以上细化至20μm左右。     

热挤压变形对亚微米Al2O3p/Al复合材料组织性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和万能拉伸试验机等手段考察了粒度为0.3μm的Al2O3颗粒(体积分数为26%)增强6061Al复合材料在热挤压前后的显微组织及室温拉伸性能。结果表明:以10∶1的挤压比热挤压后复合材料组织的均匀性得到了明显改善,显微组织变化上呈现位错由压铸态的近无位错转变为位错有明显增殖特征,并促进了时效析出;复合材料挤压材的抗拉强度、屈服强度和延伸率较压铸材普遍提高;热挤压没有改变复合材料的断裂机制,由于挤压后颗粒分布均匀等原因,使复合材料的塑性得到改善。     

多次循环塑性变形对Mg_2Si/Mg-5Zn-2.5Er复合材料组织与性能的影响

经多次循环塑性变形(RPW)、固相原位合成和挤压成型,制备了Mg2Si/Mg-5Zn-2.5Er复合材料。多次循环塑性变形次数分别为100次、200次、300次和400次。通过XRD、SEM、OM和力学性能测试等方法,研究了RPW次数对复合材料组织、性能的影响规律。结果表明,随着RPW次数的增加,增强相粒子Mg2Si的尺寸不断减小、分布趋向均匀。当RPW次数为200次时,复合材料的综合性能最佳。其平均晶粒尺寸为1.8μm,较未经RPW加工试样降低了81.6%,晶粒的尺寸变化主要是冷变形过程的晶粒细化与高温反应以及热挤压过程中动态再结晶的晶粒长大相互作用的结果。其抗拉强度为394MPa,比未经RPW加工试样提高了25.4%,伸长率为5.5%。通过对增强机制的研究,发现多次循环塑性变形制备的复合材料的主要强化机制是晶粒细化。     

Mg_2Si/Al复合材料制备技术研究现状

Mg2Si/Al复合材料具有较多的优点,有着广泛的应用前景。探讨了Mg2Si/Al复合材料的制备技术,总结了各种技术的优缺点,得出了适合大规模工业化的制备方法。     

在位生成TiB2／Al—Si—Mg复合材料的组织与性能

结合LSM法和MCR法原位反应生成TiB2粒子增强Al-Si-Mg复合材料。研究发现,原位生成TiB2粒子呈等轴状且尺寸＜1um,大都均匀分布在共晶组织中,与共晶Si交织在一起,在α（Al)中只有少量的TiB2粒子。原位TiB2粒子可明显强化Al-Si-Mg复合材料,且随着TiB2粒子数量的增加,强化效果也随之提高,而且延伸率也略有升高,如6％TiB2/Zl104复合材料室温拉伸强度可达296MPa,延伸率为5．5％,热处理（T6)可将共晶Si由原先的连续棒状变为孤立的颗粒状,大幅度提高材料抗拉强度,使6％TiB2/Zl104复合材料室温拉伸强度达386MPa,而材料仍属于韧性材料。     

固溶处理对TiB2/7050Al复合材料组织与性能的影响

研究了固溶处理对TiB₂/7050Al复合材料组织与性能的影响规律。结果表明,TiB₂/7050Al复合材料内的可溶性第二相主要为MgZn₂(η相)、AlZnMgCu(T相)和Al₂CuMg(S相)。η相在470℃已完全溶解,T相在476℃开始溶解,S相在491℃下可完全溶解。随固溶温度的升高,复合材料的强度整体呈上升趋势,但伸长率先增加后降低。在480℃固溶时,复合材料同时具备高强度和高塑性,其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为658 MPa、719 MPa和11.3%;继续升高固溶温度至490℃,虽然可使铝基体内残余S相完全溶解,但也使基体再结晶晶粒异常长大,降低了复合材料的塑性。     

热挤压变形对Al-Si复合材料组织性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜和万能拉伸试验机考察了用压力熔渗法制备的粒度为50~80μm的Si颗粒增强Al-Si复合材料和将其进行热挤压后的显微组织及室温拉伸性能。结果表明:以17.3∶1.0的挤压比热挤压后复合材料组织的均匀性得到了明显改善;复合材料挤压材的抗拉强度、屈服强度和伸长率较压渗材普遍提高;热挤压没有改变复合材料的断裂机制,由于挤压后颗粒分布均匀等原因,使复合材料的塑性得到改善。     

Si对原位自生Mg2Si/AM60复合材料组织及性能的影响

采用原位合成技术制备Mg2Si/AM60复合材料,研究不同Si含量对其组织及性能的影响.结果表明:镁合金中加入结晶Si后,出现短棒状及中国汉字状的Mg2Si相;当Si含量较高时,中国汉字状的Mg2Si相消失,变成不规则的块状.制备过程中对复合材料进行机械搅拌,Mg2Si相的分布较未搅拌更加均匀、弥散.复合材料的抗拉强度、硬度随Si含量的增加呈上升趋势,延伸率则下降.当Si量为1.0%(质量分数,下同)时,强度较基体提高12%,含量为5%时,硬度较基体提高48.6%.     

Nb2O5掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料的组织与性能

以Ti、Al、TiO2和Nb2O5混合粉原位反应合成Al2O3/TiAl复合材料.借助差热分析探讨体系的反应过程,并对合成产物的微观结构和力学性能进行研究.结果表明:由于铝热反应释放了大量热量导致体系内温度较高,反应较早进行,利于实现低温致密化烧结.1200℃烧成后获得了γ ((α2/γ)双相组织.Nb2O5的加入细化了复相组织,提高了自生Al2O3颗粒的分散度及产物的致密度.加入适量Nn2O5后,复合材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性得到不同程度的提高;在Nb2O5掺杂量为6wt%时,硬度达到4.84GPa,抗弯强度为642MPa,断裂韧性达6.69 MPa·m1/2.复合材料的强化机制主要是由于Nb205的加入改善了复合材料的微观组织和使得Al2O3呈弥散分布.     

凝固速率对Al3Ti/Al复合材料显微组织的影响

以Al-Ti为反应体系,采用熔体反应法原位合成Al3Ti/Al复合材料,并采用XRD、SEM等方法研究了凝固速率对该复合材料显微组织的影响.结果表明,不同凝固速率对Al3Ti颗粒的形貌及尺寸有较大的影响,在较慢凝固速率砂型模浇注制备的复合材料中,Al3Ti呈长针状,长度在50～150 μm;在较快凝固速率铜模浇注制备的复合材料中,Al3Ti呈短棒状,长度在10 μm左右,但在铜模凝固层最薄处的组织中,Al3Ti呈四角形状,尺寸在10μm以下;随着凝固速率的增加,Al3Ti/Al复合材料的晶粒尺寸逐渐减小.     

挤压温度对原位Mg_2Si_p/AM60B复合材料组织及性能的影响

通过宏观表面观察、金相组织分析、X射线衍射(XRD)分析以及断口扫描分析,研究了热挤压温度对Mg_2Si_p/AM60B镁基复合材料表面质量、组织、晶粒取向以及力学性能的影响。结果表明,随着热挤压温度的升高,挤压棒材表面质量逐渐好转,410℃时可获得表面光洁无缺陷的棒材,但温度过高易造成竹节状裂纹的产生。热挤压期间Mg2Si颗粒能促进动态再结晶的形核及长大,并能阻止再结晶晶粒的进一步粗化,并且动态再结晶过程弱化了{0002}基面的择优分布的趋势。在所应用的挤压温度范围350℃~430℃内,Mg_2Si_p/AM60B复合材料和AM60B镁合金的抗拉强度和伸长率具有相同的变化趋势,但复合材料的抗拉强度比基体合金高1.6%~5%,而伸长率低67%~75%。     

燃烧合成Al/Mg_2Si复合材料的热力学分析

通过计算Al-Mg-Si体系的自由焓及绝热温度,对Al-Mg-Si体系反应中可能发生的反应进行了预测。结果表明,Al-Mg-S体系在自蔓延反应条件下,只有Mg-Si之间能发生反应,当反应体系中有O2存在时,有MgO生成,Al不能参与反应。通过实验成功地制备了Al/Mg2Si复合材料,并验证了热力学分析结果。     

Al2O3p/Al复合材料中颗粒粒径与形态对组织和性能的影响

选用 5 .0和 0 .15 μm两种粒径的Al2 O3 颗粒 ,制备了Al2 O3 体积分数为 40 %的铝基复合材料。利用透射电镜对两种复合材料拉伸前后的组织进行观察 ,结果表明 :5 μm尖角形Al2 O3 颗粒增强复合材料的铸态组织中存在高密度的位错 ,这主要是由于热错配应力引起的 ;0 .15 μm椭球形Al2 O3 颗粒增强复合材料的铸态组织中几乎观察不到位错 ,这与颗粒细小且为等轴状、分布弥散、界面附近应力分布均匀等因素有关。对拉伸断口附近显微组织的观察表明 ,前者基体中位错进一步增殖 ,后者则存在明显的位错环。室温拉伸结果表明亚微米Al2 O3p/Al复合材料中的这种微观组织有利于材料强度和塑性的提高