SiCp粒径级配对55%SiCp/6061Al复合材料组织和性能的影响

采用真空热压法制备了55%SiCp/6061Al(55%为体积分数)复合材料,研究SiCp粒径级配对复合材料SiCp分布均匀度、致密度和抗弯强度的影响.研究结果表明:粒径级配复合材料组织致密、SiCp分布均匀且SiCp与6061Al合金基体界面结合强度高.双粒径(60+25)μm、质量比4∶1复合材料热处理后抗弯强度由395 MPa提高为548 MPa;三粒径级配为(120+60+25)μm、质量比为1∶1∶1的复合材料热处理前抗弯强度最高,为397 MPa;双粒径级配(106+25)μm、质量比4∶1的复合材料致密度>99.0%、均匀度>90.00%、热处理后抗弯强度>400MPa,具有优异的综合性能.

形变参数对B_(4)C_(P)/6061Al复合材料热变形行为的影响

通过对B_(4)C_(P)/6061Al复合材料进行热压缩实验,系统研究了不同温度和应变速率对其流变应力和微观组织演变的影响。采用EBSD表征方法分析了复合材料的晶粒形貌、取向差角分布和晶粒尺寸的演变规律。结果表明,动态再结晶是复合材料热变形过程中的主要软化机制。随着温度的升高和应变速率的降低,平均晶粒尺寸和大角度晶界比例逐渐增大,在高温低应变速率下,B_(4)C的加入限制了DRX晶粒的生长,导致生长的DRX晶粒被拉长。

水下搅拌摩擦加工制备CoCrFeNiMn/6061Al复合材料组织和性能研究

采用水下搅拌摩擦加工制备CoCrFeNiMn高熵合金颗粒增强6061-T6基复合材料,研究了时效热处理对CoCrFeNiMn/6061Al复合材料微观组织、显微硬度和磨损性能的影响。采用扫描电镜和电子背散射衍射技术对复合材料的微观组织进行了表征,采用显微硬度和磨损实验对复合材料的性能进行了评价。结果表明,经5道次搅拌摩擦加工后,CoCrFeNiMn高熵合金颗粒均匀分布在Al基体中,且与基体界面结合良好,无明显扩散层。时效热处理后,CoCrFeNiMn高熵合金颗粒与基体界面出现厚度约为200 nm的扩散层,复合材料的平均显微硬度达到120.0 HV,比Al基体提高了27.7%。与Al基体相比,复合材料的平均摩擦因数从0.4491升高至0.4855。时效热处理后,复合材料的平均摩擦因数降低至0.3188,主要磨损机制为磨粒磨损。

热压法制备20%Gr_p/6061Al复合材料及其摩擦磨损特性研究

采用快速升温热压法制备了20%Grp/6061Al(质量分数,下同)复合材料并研究其摩擦磨损特性,通过光学显微镜和SEM分别观察了样品的组织结构及磨痕形貌,采用XRD分析了复合材料的相组成。研究表明:快速升温热压能避免有害的界面反应,得到石墨颗粒分布均匀、界面干净且结合良好的Grp/6061Al复合材料,复合材料具有良好的摩擦磨损性能,T6处理能显著降低复合材料的摩擦系数和磨损率。在60r/m转速、1N～7N载荷下,复合材料的摩擦系数随载荷的增大而减少,磨损量增大。T6热处理强化了界面结合,有利于石墨膜形成,降低了复合材料的摩擦系数,也显著减少了磨损率。热处理后,复合材料摩擦系数可达到0.16,磨损量平均减幅达50%,采用的最大载荷7N下磨损率可减少到4.7×10-4mm3/m。

晶须取向对SiC_w/6061Al复合材料热压缩变形行为的影响

采用SEM和Magiscan-2A图像分析系统研究了晶须取向对SiCw/6061Al复合材料在300℃压缩变形行为的影响。结果表明:晶须取向影响着晶须折断程度和转动角度;随着晶须取向角的增加,晶须转动和折断行为所导致的软化效果下降。同时晶须取向也影响复合材料的热压缩应力-应变曲线的形状。在热压缩变形过程中,晶须取向角为0°和30°的复合材料表现出明显应变软化现象,晶须取向角为45°的复合材料无明显软化现象。晶须取向角为90℃的复合材料表现出应变硬化现象。

电弧超声对SiC_p/6061Al复合材料等离子弧焊缝组织与接头性能的改善作用

通过高频调制等离子电弧激发出电弧超声,以Ti-6061Al合金片作为填充材料对SiC_p/6061Al复合材料进行等离子弧(PAW)"原位"合金化焊接,并与常规PAW进行对比,研究了电弧超声对焊缝组织和性能的影响。结果表明:与常规PAW相比,电弧超声使焊缝组织明显细化,TiN、TiC等颗粒分布更加弥散,且无气孔、裂纹等缺陷,焊缝中没有发现脆性相Al_4C_3的生成;电弧超声使焊缝中心区硬度有一定程度下降;焊接接头抗拉强度提高到252 MPa,比常规PAW焊接接头的提高了约7%;同时拉伸断口韧窝数量明显增加,呈现出明显的韧性断裂特征。

热处理对挤压铸造TiB_(2P)/6061Al复合材料组织与性能的影响

采用挤压铸造法制备了不同体积分数的TiB2P/6061Al复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、硬度计、三点弯曲等手段对复合材料的组织与力学性能进行了研究,分析了热处理工艺对其组织性能的影响。结果表明:不同的热处理条件下TiB2P/6061Al复合材料的组织不同:退火态时观察到再结晶晶粒和少量位错;时效态时观察到大量的位错和析出相,界面产物尺寸比退火态时相对大些,且在界面附近的基体中存在明显的无析出区。热处理状态对弹性模量的影响不大,但对材料的硬度和抗弯强度影响较大。45%TiB2P/6061Al复合材料时效处理后硬度和抗弯强度分别比退火态时提高了40%和23%。

高含量B_4C/6061Al复合材料热处理的组织与性能

采用粉末冶金法制备30%B4C/6061Al复合材料坯料,经过二次加工(挤压+轧制)后得到复合材料板材,对板材进行T6(530℃保温2 h后中温水淬,175℃时效6.5 h)热处理。采用光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)对热处理前后复合材料的微观组织形貌进行观察,运用显微硬度仪和万能拉伸试验机对复合材料的热处理前后的力学性能进行测试。结果表明:退火态时观察到再结晶晶粒和少量位错;时效态时观察到大量的位错和析出相。热处理状态对复合材料伸长率无明显的影响,但对材料的硬度和抗拉强度影响较大,B4C/6061Al复合材料经T6热处理后硬度和抗拉强度分别提高了15%和12%。

ABOw/ZnAl2O4/6061Al复合材料拉伸性能与时效行为研究

采用挤压铸造法制备了ZnAl2O4涂覆的硼酸铝晶须增强6061Al复合材料.研究了ZnAl2O4涂覆对复合材料界面结构、室温拉伸性能、断裂机制以及时效行为的影响.试验结果表明,均匀的ZnAl2O4涂覆能有效阻碍界面反应,从而提高复合材料的室温拉伸性能,涂覆也推迟了复合材料的峰时效.

热处理对喷射共沉积SiC_P/6061Al复合材料内耗峰的影响

采用喷射共沉积方法制备了SiCP/6061Al复合材料,研究了五种热处理工艺对其阻尼性能和内耗峰的影响。结果表明:各种热处理状态试样,在150～200℃范围内均出现温度内耗峰,且随频率增加该峰峰位向高温移动,峰高增加。通过Arrhenius方程测得内耗峰的激活能均高于1eV;另外,不同的淬火处理对该内耗峰有明显影响,当淬火冷却速度高于水淬时,随冷却速度的加大,内耗峰峰位向高温移动。

B_4C/6061Al复合材料焊接接头组织与力学性能研究

基于碳化硼中^(10)B同位素优良的热中子吸收能力,铝基碳化硼复合材作为中子吸收材料越来越多的应用于核电站中。但碳化硼颗粒的加入使该材料的可焊性变差,因此研究其焊接行为变得十分必要。采用钨极氩弧焊(Tungsten inert gas,TIG)和搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)对体积分数为30%的B_4C/6061Al复合材料进行焊接,研究不同焊接方法、焊缝填充材料对复合材料对接接头微观组织及力学性能的影响。B_4C/6061Al复合材料焊接接头拉伸性能如下:FSW焊>TIG焊(Al-Si焊丝)>TIG焊(6061Al焊丝)>TIG焊(6061Al-Mg焊丝)>TIG焊(无填充)。TIG焊缝区容易产生气孔、B_4C颗粒分布不均匀及有害生成相是导致其力学性能不佳的主要原因。FSW可以有效避免基体金属与增强相的高温化学反应,使得焊缝区的晶粒细化,增强相颗粒的分布比TIG焊均匀,为30%B4C/6061Al复合材料最佳焊接方法,其接头的室温拉伸强度达247 MPa,为母材强度的85%。

B_(4)C/6061Al复合材料的制备及其组织和拉伸性能研究

Al基复合材料可以充分发挥增强体与Al合金的性能协同作用,在保持Al合金低密度和良好的加工性能的基础上,进一步显著提高其强度和韧性。因此,在新一代运动器械中复合材料展现出了令人瞩目的应用前景。采用粉末冶金法制备了40vol%B_(4)C/6061Al复合材料,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉伸试验等对B_(4)C/6061Al复合材料组织、拉伸性能及强化机理进行研究。结果表明,试验制备出的40vol%B_(4)C/6061Al复合材料组织致密,颗粒分散均匀,无较明显的孔洞出现。复合材料的抗拉强度较纯6061Al合金的增加约58.43%,且具有较好的加工成形性能。TEM表征结果表明,复合材料的强化效果不仅来源于B_(4)C颗粒的引入,还得益于B_(4)C颗粒与Al界面的良好结合以及Al基体中弥散分布的球形β'纳米析出相。

B_(4)C_(p)/6061Al复合材料的热变形组织演变研究

为探究B_(4)C_(P)/6061Al复合材料的热变形组织演变规律,进一步优化材料的性能,课题组采用控制变量法,利用热压缩试验分别探究了在不同热变形条件(变形温度、应变速率及应变量)下B_(4)C_(P)/6061Al复合材料的微观组织特征。结果表明:变形温度越高,6061铝基体内部原子的热激活能增大,动态再结晶的形核速度提升,晶粒尺寸也不断增大;随着应变速率增大,复合材料发生动态再结晶的时间缩短,阻碍了晶粒的生长,不利于6061铝基体发生动态再结晶;应变量增加,复合材料的流变应力增大,提高了6061铝基体动态再结晶的形核效率。在不损害复合材料塑性的前提下提高强度和韧性的方法,对改善材料塑性成形能力和优化成形工艺(如轧制、锻造、挤压等)有借鉴意义。

SiCp/6061Al复合材料的电子束焊缝组织及性能

利用电子束焊焊接了2mm厚的SiCp/6061Al复合材料。通过OM、TEM、SEM、X射线衍射及MTS-810综合实验系统对焊缝组织和性能进行了分析。结果表明,随着热输入的减小,焊缝中的针状的Al4C3(界面反应产物)数量及尺寸均减小。热输入降低到30J/mm时可避免针状Al4C3的形成,焊缝中SiCp分布比母材更均匀。TEM分析表明,焊缝中所有残留的SiCp之表面附近均有Al4C3形成,而针状Al4C3是由许多晶体学位向不一的单晶Al4C3构成。SEM断口分析表明,随着热输入的增大,焊缝的断裂机制发生明显的变化,焊缝强度及塑性下降。

SiC_p/6061Al复合材料的钨极氩弧焊工艺研究

采用4043与5356焊丝为填充金属对体积分数为10%~15%SiCp/6061Al复合材料进行TIG焊,通过焊缝外观成形、金相分析与拉伸试验,对焊接接头进行了分析。结果表明4043焊丝在焊缝成形、改善熔池流动性、提高接头力学性能等方面均优于5356焊丝,但是焊缝中缺少增强相,最高接头强度只能达到母材的56.7%。

SiC_p表面处理对SiC_p/6061Al复合材料性能的影响

为提高SiCp/6061Al复合材料的性能,采用不同方法对SiC颗粒进行了表面处理,并通过直热烧结法制备了不同SiC表面改性状态的SiCp/6061Al复合材料。研究表明:经过酸洗+高温氧化处理后SiCp表面生成了一层SiO2膜,SiCp的棱角发生钝化,颗粒形貌发生改变;经过碱洗+K2ZrF6处理后,SiCp表面得到粗化,并在SiCp表面析出K2ZrF6。对SiCp进行不同表面处理后,制得的SiCp/6061Al复合材料的性能都得到很大改善,而且碱洗+K2ZrF6处理这种表面处理方法对复合材料性能的改善效果最佳。

B4C/6061Al复合材料在辐照环境中的老化行为

在快中子及γ射线环境中开展了耐辐照试验,并对含26%(质量分数,下同)和31%B4C的B4C/6061Al复合材料的老化行为进行了分析。结果表明:去离子水中经受3.99×1019nvt的快中子注量和3.30×1011radγ射线辐照后,试样表面颜色变深,但无明显的局部腐蚀和变形,辐照后B4C颗粒尺寸无明显变化,没有脱落现象;辐照后材料的屈服强度、抗拉强度和硬度略有增加,伸长率下降,有一定的辐照效应;辐照前后试样尺寸变化不明显,有轻微的增厚现象,说明表面形成了铝的氧化膜;辐照后材料密度略有降低,但仍然接近理论密度;辐照前后10 B面密度基本没有变化。

声发射方法表征B_4C/6061Al复合材料疲劳损伤机制

对B_4C/6061Al复合材料在疲劳载荷作用下的声发射响应和动态弹性模量进行了研究,综合表征了复合材料的疲劳损伤与裂纹萌生机制。检测了B_4C增强铝基复合材料在应力控制拉-拉疲劳试验下的疲劳性能,通过建立模型分析复合材料的断裂机理并通过动态弹性模量-声发射耦合方法分析B_4C/6061Al复合材料在疲劳载荷作用下的疲劳损伤机制;同时使用扫描电镜观察复合材料断口形貌,分析其断裂行为;最终通过所建立的模型分析复合材料断裂机理,并通过动态弹性模量-声发射耦合分析B_4C/6061Al复合材料在循环载荷下的疲劳损伤机制,建立复合材料塑性应变能、疲劳应变之间的线性关系。

Mg_2B_2O_5w/6061Al复合材料热压缩变形流变应力

利用Gleeble-1500热力模拟试验机,对低体积分数Mg2B2O5w/6061Al复合材料进行热压缩变形试验,变形温度为300～550℃,变形速率为0.01～10 s-1。结果表明:流变应力随应变速率的增加而增大,随温度升高而减小;流变应力开始随应变增加而增大,达到一定值后趋于平稳,表现出动态回复的特征。经过推导和计算,确定Mg2B2O5w/6061Al复合材料高温变形时的流变应力行为可采用含Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数来描述。

焊丝成分对SiC_p/6061Al复合材料MIG焊焊缝组织及性能的影响

采用Al-Mg及Al-Si两种焊丝分别对SiC_p/6061Al复合材料进行了MIG焊及脉冲MIG焊,利用光学显微镜、电子显微镜及MTS-810试验机对焊缝的组织及性能进行了分析。结果表明,采用Al-Mg焊丝焊接时,无论是MIG焊还是脉冲MIG焊,熔池中Al-SiC间的界面反应程度均较大,生成了较多的针状Al_4C_3,且Al_4C_3的尺寸较大。采用Al-Si焊丝时,MIC焊熔池中的界面反应程度显著降低,仅生成了少量尺寸较小的针状Al_4C_3;而采用Al-Si焊丝的脉冲MIC焊焊缝中没有发现针状Al_4C_3。同时,利用Al-Si焊丝可有效地防止焊缝熄弧处的宏观结晶裂纹。力学性能试验表明,采用同样焊丝时,脉冲MIC焊接头的强度及伸长率比MIG焊接头的高,而用Al-Si焊丝焊接的接头强度比用Al-Mg焊丝焊接的接头强度高。