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电磁场下原位合成6005A基复合材料的制备与力学性能

祝晓辉

   6005A合金是交通领域的重要型材之一,近年来随着地铁、高铁等工业的飞速发展,对该材料的综合性能提出了更高的要求,进一步改性或强化6005A合金已成为当前车辆型材领域的研究热点和重点之一。本文以Al-Zr-Ti为反应体系,通过熔体原位反应法制备了Al_3(Ti_(0.5)Zr_(0.5))_p/6005A复合材料。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EDS)及电子式万能试验机等分析和测试手段,研究了所制备复合材料的微观组织、内生增强相在基体中的尺寸、分布特征及其空间形貌,分析了脉冲磁场对复合反应的作用机理,研究了复合材料的力学性能,并分析了与组织间的对应关系及强化机制。 探讨并优化了复合材料制备过程的工艺参数。结果表明,反应生成颗粒增强相的形态和分布与反应温度、反应时间、粉末加入量及比例和冷却方式等工艺参数密切相关。当起始反应温度为750℃左右,反应时间为3min左右,粉末加入量为3vol.%(总理论收得率),Ti/Zr比例为1:1的K_2ZrF_6-K_2TiF_6混合粉体时效果最理想。并利用改进的酸蚀过滤提取方法提取出了原位复合增强相,获得了增强相颗粒的空间形貌、尺寸、化学成分及结构等有价值信息。为进一步分析其晶体长大习性,从而为控制复合材料中的增强相形态打下了基础。 稀土元素对Al_3(Ti_(0.5)Zr_(0.5))_p/6005A复合材料凝固组织的影响结果表明,由于稀土原子的选择性吸附,抑制了基体及Al_3(Ti_(0.5)Zr_(0.5))颗粒的长大,从而实现细化。添加单一稀土0.25wt.%Y时Al_3(Ti_(0.5)Zr_(0.5))颗粒在凝固过程析出的部分得到细化尺寸达到5μm左右,颗粒分布趋向均匀,但是当Y过量时细化效果减弱,稀土金属间化合物呈块状或条状分布于晶界;当添加复合稀土0.25wt.%Y+0.1wt.%La时,晶粒进一步细化到3μm左右。 脉冲调制高频磁场下Al-Ti-Zr体系原位复合材料的凝固组织的结果表明:所制备的Al_3(Ti_(0.5)Zr_(0.5))复合颗粒粒度为1~3μm,且在基体中弥散均匀分布。随着外加调制频率的提高,凝固组织中增强颗粒分布更均匀,呈现出先细化后长大,最佳的频率约为2MHz。脉冲磁场作用时间短,颗粒体积分数低,颗粒粗大;脉冲磁场作用时间过长,颗粒数量明显下降,部分颗粒开始团聚长大,因此较佳的作用时间约为2min。并通过重熔工艺参数对Al_3(Ti_(0.5)Zr_(0.5))_p/6005A复合材料的影响来研究复合材料的可循环利用性。结果表明,对Al-Ti-Zr体系,随着重熔次数的增加,Al_3(Ti_(0.5)Zr_(0.5))颗粒迅速长大,且颗粒数量明显下降,故所取最优的重熔次数为2次。 脉冲调制高频磁场作用下Al_3(Ti_(0.5)Zr_(0.5))_p/6005A复合材料的力学性能的研究结果表明:随着外加频率的增加,复合材料的抗拉强度σ_b和屈服强度σ_s明显呈现出先升后降的趋势,而伸长率δ变化不大。当磁场频率为2MHz时,σ_b和σ_s达到了最大值,分别为305.8MPa和279.2MPa,较未加脉冲磁场分别提高8.7%和7.1%。随着磁场作用时间的增加,复合材料的抗拉强度σ_b和屈服强度σ_s同样存在先提高后降低,伸长率略有提高,最佳的作用时间为2min。其拉伸断口形貌也由塑性断裂转变为脆-塑混合型断裂。Al_3(Ti_(0.5)Zr_(0.5))_p/6005A复合材料的强化机制主要有:弥散强化、细晶强化、固溶强化和位错强化。……   
[关键词]:6005A基复合材料;脉冲调制高频磁场;原位反应;收得率;凝固组织;力学性能
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:江苏大学2010年