SiCw/AZ91复合材料及AZ91镁合金的高温压缩变形的研究

利用GPL-1500热模拟试验机对SiCw/AZ91复合材料和AZ91镁合金在不同温度及不同应变速率条件下进行高温压缩试验。根据压缩的真应力-应变曲线计算出合金和复合材料的应变速率敏感指数（m)和表观激活能（Q）。结合金的m值。另外，复合材料和镁合金的表观激活能也随温度和应变速率的改变而发生变化。表明在不同条件下压缩时，复合材料和镁合金的高温压缩变形机制也发生变化。     

应变速率对AZ91D镁合金力学行为影响

本文通过静态拉伸试验机和高应变速率冲击拉伸试验装置,对AZ91D压铸镁合金分别进行了不同应变率下(10-4、10-2、300和1400s-1)拉伸力学性能的试验,获得了各应变速率下完整的应力-应变曲线.并通过扫描电镜对其拉伸断口进行分析.试验结果表明,其屈服应力(σs)、拉伸强度(σb)随着应变速率的增加而增加,失稳应变(εb)则随着应变速率的增加而有所减小;而弹性模量则对应变率不敏感.采用John-son-Cook材料模型描述AZ91D镁合金应变速率相关的应力应变本构模型,其拟合结果和实验结果基本相吻合.扫描电镜断口分析结果表明,动态和静态的断裂方式基本相同,都是以准解理断裂特征为主,局部区域伴有解理断裂;存在典型的缩松断裂形貌.     

漂珠/AZ91D镁合金复合材料的高温压缩变形行为

采用搅拌铸造法制备了漂珠(FAC)/AZ91D镁合金复合材料。研究了该复合材料的高温压缩变形行为,分析了压缩变形温度和应变率对FAC/AZ91D镁合金复合材料压缩变形行为的影响规律,并计算了其热变形激活能。结果表明:FAC/AZ91D镁合金复合材料的高温压缩真应力-真应变曲线分为4个阶段:弹性变形、加工硬化、峰值应力和稳态流变阶段。相同应变率下,FAC/AZ91D镁合金复合材料的峰值应力和稳态流变应力随压缩变形温度的升高而降低;相同压缩变形温度下,流变应力随应变率增大而升高。在相同应变率或相同压缩变形温度下,FAC/AZ91D镁合金复合材料的热变形激活能随压缩应变率或压缩变形温度的升高而增大,其热压缩行为可以用双曲正弦函数形式的Arrhenius关系来描述。压缩变形温度与应变率对FAC/AZ91D镁合金复合材料的高温压缩组织均有重要影响。提高压缩变形温度或增大应变率,均可加速动态再结晶的进程。     

SiCW/ AZ91 镁基复合材料及AZ91镁合金的高温变形行为

利用Gleeble-1500 对SiC_W/ AZ91 复合材料和AZ91 镁合金在温度为423～723 K、应变速率为0.002～0.25s-1 、最大应变量为60 %的条件下进行高温压缩变形行为的研究。测试了其真应力-应变曲线, 观察了变形后的显微组织。结果表明: 晶须的转动和折断导致复合材料的应变软化现象较合金明显; 复合材料和合金的应变速率敏感指数(m) 和表观激活能(Q) 均随温度的升高而增大; 晶须的加入细化了晶粒, 使复合材料的m 值比合金高; 同时晶须的加入也限制了位错交滑移和晶界的迁移, 因此复合材料的Q 值比合金高; 压缩变形过程中, 合金和复合材料发生了动态回复和动态再结晶。      

镁合金AZ91D焊接组织及腐蚀行为研究

利用钨极氩弧焊(TIG)、光学显微镜和盐雾腐蚀实验以及电化学测试技术,研究了镁合金AZ91D焊接对焊缝组织及其耐蚀性的影响.实验表明:镁合金AZ91D焊缝组织为比母材晶粒细小的等轴晶粒,提高了焊缝区硬度.焊缝区耐蚀性较母材好,其腐蚀速度与热影响区接近,比母材低1倍.     

变形的AZ91D镁合金半固态等温压缩的力学行为

为了了解等径道角挤压(ECAE)的AZ91D镁合金在半固态压缩变形中的力学特征,利用半固态温压缩实验、Gleeble1500实验机和金相显微镜对其在半固态压缩变形中的力学行为进行了研究.结果表明:ECAE的AZ91D镁合金在半固态等温压缩中变形由固相晶粒本身的塑性变形、液相包围着固相晶粒的滑动和转动构成;该材料的真应力-真应变曲线由应力激增阶段、应力下降阶段、稳态阶段和应力增加阶段组成;随保温时间的增加或变形温度的升高,获得相同应变量的真应力明显下降,稳态应力和峰值应力也明显下降;随应变速率的增加,稳态应力增加.     

半固态AZ91D镁合金的压缩变形和显微组织

利用平行板触变压缩仪研究了电磁搅拌的半固态AZ91D合金试样的压缩变形和组织.结果表明:随着半固态压缩变形温度的升高,AZ91D镁合金试样变形的速度加快,即变形应变速度增大,但压缩应力不断下降;在某一载荷下,AZ91D镁合金试样压缩变形应力和应变呈明显的线性关系,与压缩温度的高低无关.随着半固态压缩载荷的提高,AZ91D镁合金试样变形的速度增加,应变速度增大,应力下降速度加快;在不同的压缩载荷下,AZ91D镁合金试样的压缩变形应力和应变都呈明显的线性关系.在实验中的各种半固态压缩变形条件下,初生α-Mg在压缩后AZ91D镁合金试样组织中的分布很均匀,几乎不存在组织偏析.当初生固相的形态呈球状结构,在相同的变形条件下,不同种类合金的半固态压缩变形规律非常相似.     

纤维对短切碳纤维/AZ91D复合材料热变形行为和加工性能的影响纤维对短切碳纤维/AZ91D复合材料热变形行为和加工性能的影响

采用等温压缩试验研究了不同碳纤维体积分数的镁基复合材料（CFs/AZ91D）和镁合金（AZ91D）在变形温度310~430℃、应变速率10-3~10-1 s-1范围内的塑性变形行为。根据实验结果建立了CFs/AZ91D和AZ91D的热加工图,分析了纤维对CFs/AZ91D塑性加工性能与变形机制的影响。结果表明:相比ZA91D,纤维在提高复合材料流动应力的同时促进了基体动态再结晶和应变软化,但纤维体积分数对流动应力与应变软化程度影响较小,CFs/AZ91D热变形时表现出比ZA91D更高的应变速率敏感指数和变形激活能;ZA91D热加工图不存在变形失稳区且其高温低速率区变形时的能量耗散效率大于30%,CFs/AZ91D高温低应变速率区变形时的能量耗散效率大于50%,此时纤维激励了基体合金动态再结晶而使复合材料表现出极高的能量耗散效率,但在低温高应变速率变形时,基体合金与纤维之间的界面开裂极易导致CFs/AZ91D出现塑性流变失稳行为。      

等通道角挤压AZ91D镁合金热压缩变形行为

在应变速率为0.005~1 s~(-1)、温度200~275℃条件下,利用Instron-5500热模拟机,对经过等通道角挤压(Equal Channel Angular Extrusion,ECAE)后的AZ91D镁合金的高温压缩特性进行了研究,得到了ECAE-ed态AZ91D镁合金真实应力-应变曲线,分析了挤压温度、应变速率等对其的影响,得出本构方程的一系列常量,建立了ECAE-ed态AZ91D镁合金在高温压缩中的本构方程关系式,并与铸态AZ91D镁合金进行了对比。结果表明:热压缩过程中,ECAE-ed态AZ91D镁合金与铸态一样,流动应力随温度的升高而降低,随应变速率的升高而升高;流动应力也可以用双曲正弦函数来描述,且双曲正弦值随Zener-Hollomon参数的自然对数的升高呈线性升高;两者同为正应变速率敏感材料,但ECAE-ed态AZ91D镁合金要比铸态应变速率敏感性小,其指数从铸态的m=0.14下降为0.096,变形激活能从182.65 kJ/mol上升为227.14 kJ/mol。研究结果对AZ91D镁合金进一步塑性成形和应用具有指导意义。     

AZ91D镁合金阻尼性能的研究

利用动态机械分析仪(DMA)研究了热处理工艺对商业AZ91D镁合金阻尼性能的影响规律.研究结果表明热处理对AZ91 D镁合金的阻尼性能有较明显的影响.时效处理态AZ91D镁合金的临界脱钉应变振幅小于固溶处理态.当应变振幅大于临界应变振幅,合金的阻尼值迅速升高.随着测试温度的升高,合金的阻尼值升高,在临界温度之前以位错阻尼机制为主,当温度超过临界温度则以晶界滑动为主要阻尼机制.     

搅拌铸造法制备短碳纤维/AZ91复合材料的组织与性能

采用搅拌铸造法制备了不同体积分数（10vol%、15vol%、20vol%）的短碳纤维增强镁基（CF_s/AZ91）复合材料,并选取了三个挤压比和两个挤压温度对其进行热挤压变形,采用光学显微镜（OM）、SEM和TEM对CF_s/AZ91复合材料的显微组织进行了观察,并测试其室温力学性能及阻尼性能。研究结果表明,热挤压能够有效降低CF_s/AZ91复合材料气孔率;在热挤压过程中,纤维沿挤压方向定向排列,同时基体发生动态再结晶。随着挤压温度及挤压比的增大,晶粒呈现等轴状,组织更加均匀。CF_s/AZ91复合材料经过挤压后,其力学性能得到提高,屈服强度和抗拉强度随挤压比和CF_s体积分数的增大而增大,然而CF_s纤维在热挤压后发生明显断裂,限制了挤压态复合材料强度的进一步提升。低温低挤压比条件下,CF_s/AZ91复合材料具有较好的阻尼性能,随着挤压比及挤压温度的升高,CF_s/AZ91复合材料室温及高温阻尼性能均有所降低。      

电磁搅拌对半固态AZ91D镁合金组织的影响

研究了电磁搅拌参数对连续冷却条件下AZ91D镁合金组织的影响.结果表明:当电磁搅拌的频率达到或高于50 Hz时,半固态AZ91D镁合金浆料或坯料组织中的球状初生固相越来越多,越来越圆整;在电磁搅拌频率为200 Hz和冷却速率较低的条件下,搅拌的功率越大,半固态AZ91D镁合金组织中的球状初生固相越多,晶粒也越细小.在电磁搅拌条件下,AZ91D镁合金熔体的激烈流动导致较为均匀的温度场和溶质场、更加剧烈的温度起伏,促进了半固态AZ91D镁合金球状组织的形成.半固态重熔加热使半固态AZ91D镁合金坯料初生固相的形态发生进一步的球化.     

Effects of SiCp size and volume fraction on the high cycle fatigue behavior of AZ91D magnesium alloy composites

High cycle fatigue tests (i.e., stress-controlled, axial) were conducted on monolithic AZ91D and AZ91D magnesinm alloy composites processed via squeeze casting and extrusion to contain either 15 gm or 52 gm size SiC particles, at both the 20% and 25% volume fraction reinforcement level. The effects of changes in SiC particle size and volume fraction on the high cycle fatigue behavior have been determined. In addition, the number of cracked particles on the fatigue fracture surfaces, as well as the level of damage beneath the fatigue fracture surfaces were quantified in order to determine the effects of particle size on the evolution of damage during fatigue and during overload failure. Commercial purity Mg specimens containing a large grain size were also tested in fatigue for comparison with the alloy and composite data.     

AZ91D镁合金阳极氧化与热扩散渗铝复合膜层的研究

将阳极氧化与热扩散相结合对AZ91D镁合金表面进行低温渗铝处理,利用扫描电镜、光学显微镜和X射线衍射仪对所得膜层的形貌、相结构及耐腐蚀性能进行了研究,并对复合膜层改善镁合金基体耐腐蚀性能的过程进行了分析.研究表明,该复合膜层是由MgO和金属间化合物Mg17Al12以及被γ相(Mg17Al12)包裹住的α-Mg晶粒共同组成;AZ91D镁合金表面的阳极氧化和热扩散渗铝复合膜层能显著提高镁合金基体材料的耐腐蚀性能.     

高温环境下碳纤维增强树脂复合材料的层间力学性能老化行为与失效预测

为了研究碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层间力学性能在高温环境中的老化失效行为,设计了CFRP复合材料层间拉伸和层间剪切实验,在高温(80℃)环境中进行0(未老化)、 120 h、 240 h、 360 h、 480 h、 600 h和720 h的老化测试,分析CFRP层间失效强度和失效形式随老化时间的变化规律,得到随高温老化的二次应力准则响应面。建立CFRP复合材料层间力学性能预测模型,得到不同老化衰减系数下的退化模型,并通过CFRP复合材料层间仿真模型进行了验证。结果表明:随着高温老化时间的增加,层间拉伸和层间剪切强度总体上都发生了一定程度的退化,层间拉伸时更容易发生碳纤维丝剥离,层间剪切发生局部的树脂剥离,纤维之间的分层更加明显,高温老化使树脂与纤维丝的界面结合力显著下降。通过CFRP复合材料层间力学性能随高温老化的二次应力准则,计算不同老化时间后的内聚力模型参数,预测CFRP复合材料在高温老化条件下的层间强度,发现仿真与实验误差小于10%,说明了CFRP复合材料层间失效预测模型的准确性。     

ZK60和Al18B4O33w/ZK60高温压缩流变应力行为的研究

为了分析ZK60镁合金和Al18B4O33w/ZK60复合材料的高温热变形行为,研究其高温流变应力与应变速率、变形温度之间的关系和组织情况,确定其应变速率敏感指数m和表观激活能Q.利用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形量为60%和不同温度、不同应变速率的条件下对其进行高温热压缩变形.研究表明:在温度为573～673 K和应变速率为0.001～0.1 s-1范围内,镁合金的应变速率敏感指数m值为0.14,复合材料的m值为0.12;合金的表观激活能Q值为226～254 kJ/mol;复合材料的Q值为254～283 kJ/mol.