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原位合成TiB_2/Al-4Cu复合材料组织和性能的研究

赵火平

   随着现代工业技术的发展,航空航天和汽车制造等领域要求结构材料具有高强度的同时需具有高韧性和高耐磨性等优良性能。传统铸造铝铜合金通常采用合金化、外加增强体、优化熔铸工艺和热处理制度等方法提高其性能。但这些方法不同程度的存在组织不均匀、晶粒粗大、界面污染等缺点,并且工艺复杂、成本高。而采用原位合成法制备颗粒增强铝基复合材料很好的解决了上述问题,并已成为当前研究的热点。本文以航空领域中广泛应用的铝铜合金为背景材料,采用混合盐法原位合成xTiB2/Al-4Cu复合材料(x=2、4、6、8、10wt%)。 借助等离子体发射光谱仪(ICP)、X射线衍射仪(XRD)、同步热分析仪(DTA)测定了复合材料的成分、相组成和相转变温度;通过单因素实验确定了基体和复合材料的最佳固溶处理工艺参数,研究了不同时效温度下颗粒含量对基体合金时效硬化行为的影响;测定了材料最佳T6态的室温力学性能,并分别改变载荷和摩擦时间,测试了材料的室温干滑动摩擦磨损性能。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能量散射谱(EDS)对复合材料铸态组织、热处理组织、拉伸断口、磨损形貌进行了观察和分析,探讨了TiB2颗粒细化基体组织的机理和复合材料的时效硬化机制,研究了复合材料的断裂机制和强化机理,分析了复合材料的磨损机理。 实验结果表明:原位合成的TiB2颗粒在基体中分布均匀、尺寸细小。随着TiB2颗粒含量的增加,基体的晶粒尺寸明显减小,复合材料的硬度逐渐升高,到达峰时效的时间也逐渐缩短,复合材料的抗拉强度和屈服强度显著提高,但延伸率逐渐下降,复合材料的耐磨性能越来越好并都优于基体。原位生成的部分TiB2颗粒成为了基体熔体的非均匀形核核心,提高了形核率,细化了基体组织;复合材料的时效硬化机制为内应变强化、切过颗粒强化、绕过析出相强化;断裂机制为微孔聚集型韧性断裂;强化机理为细晶强化、弥散强化、位错增殖强化。基体合金的磨损机理以粘着磨损为主,复合材料的磨损机理为磨粒磨损和轻微粘着磨损共同作用。……   
[关键词]:Al-Cu合金;原位合成;TiB_2颗粒;显微组织;时效;力学性能
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:南昌航空大学2010年
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