Ce孕育剂作用下的Al-20%Mg2Si复合材料微观组织和力学性能的变化规律

研究了Ce孕育剂对原位内生工艺制备的Al-20%Mg2Si复合材料微观组织和力学性能的影响及其作用机理.结果表明,Ce孕育剂能够有效改善Al-20%Mg2Si复合材料的晶粒尺寸、组织形貌及其分布规律.添加Ce的质量分数由0增至1.2%时,增强相Mg2Si颗粒的尺寸先减小后增大,同时复合材料的各项力学性能指标(极限拉伸强度UTS、断裂伸长率BE和维氏硬度HV)也先提高后降低.当Ce孕育剂添加质量分数为0.6%时,Al-20%Mg 2Si中增强相Mg 2Si的组织形貌最好,分布最均匀,细化效果也最明显,同时各力学性能指标达到极值,UTS由157.9 MPa提高到200.9 MPa,BE由2.96%提高到了3.91%,HV由145.2 MPa提高到184.8 MPa.

喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料的热疲劳行为

采用V型缺口试样对喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料进行了热循环试验,用光学金相显微镜和扫描电镜研究了在热应力作用下的热疲劳裂纹扩展方式和形态.结果表明:热疲劳裂纹优先在V型缺口处萌生;复合材料经一定的热循环次数后随相对密度的提高,裂纹扩展速率下降;在复合材料的三大相——α-Al基体、Si相以及SiC颗粒中,α-Al基体阻碍热疲劳裂纹的扩展,裂纹非连续性扩展;裂纹扩展方式受Si相的尺寸和分布状态控制,裂纹绕过Si颗粒向前扩展以及裂纹穿过Si颗粒向前扩展是裂纹碰到Si颗粒时常出现的两种机制;SiC颗粒与热疲劳裂纹有强烈的交互作用,加强SiC颗粒与基体的界面结合有利于提高热疲劳寿命.

变质与热处理对Al-Si-Fe/Al-20Si复合材料组织和磨损性能的影响

以还原Fe粉和Al-20Si为反应物,采用熔体反应法原位反应生成Al-Si-Fe/Al-20Si复合材料,通过Mn、Sr、Y对复合材料进行变质处理,并对样品进行T6处理。研究了复合材料的显微组织及室温干滑动摩擦磨损性能。结果表明,变质后复合材料的耐磨性明显高于基体,热处理后所有样品的耐磨性均高于铸态,其中热处理前采用Sr变质的复合材料耐磨性最好,热处理后经过Y变质的复合材料耐磨性最好。分析可知复合材料的耐磨性主要受富铁相和硅相粒子形貌和大小的影响,富铁相和热处理后高强度的基体会促进摩擦转移膜的形成,提高耐磨性。

Bi对Al-40%Mg_2Si复合材料组织和性能的影响

为了研究Bi对Al-40%Mg2Si复合材料显微组织和力学性能的影响。利用原位内生工艺制备Mg2Si质量分数为40%的Al-Mg2Si复合材料,并加入不同量的Bi对其细化变质。试验结果显示,Bi的质量分数由0增加至5%时,初生相Mg2Si的平均晶粒尺寸先减小后变大,而抗拉强度、硬度和伸长率则先提高后减小;当Bi加入量约为3%时,初生相Mg2Si显微组织细化效果最为明显,综合力学性能最好。

Ce对Al-15%Mg_2Si复合材料组织和性能的影响

为了研究Ce元素对Al-15%Mg_2Si复合材料微观组织和力学性能的影响,利用原位内生工艺制备了Al-15%Mg_2Si复合材料,并加入不同质量分数的Ce元素对复合材料进行细化变质.利用扫描电子显微镜进行微观组织观察,利用布氏硬度计和液压万能试验机进行力学性能测试.结果表明,添加Ce元素后Mg_2Si相以块状和粒状形态存在于Al基体中,随着Ce元素质量分数的增加,初生Mg_2Si相得到细化,其力学性能呈现先增大后减小的趋势.当Ce元素的质量分数为0.6%时,初生Mg_2Si相的细化效果最好,其力学性能最佳.

喷射沉积SiC_p/Al-20Si复合材料高周疲劳行为研究

采用喷射沉积法制备15%(体积分数)4.5 m SiCp/Al-20Si复合材料及其基体合金,研究该组材料的微观组织、力学性能、高周疲劳性能以及疲劳断口形貌。结果表明:SiC颗粒的加入有利于提高材料的力学性能;复合材料及其基体的高调疲劳寿命随应力幅值的减小而增加,在相同应力幅值下,复合材料的疲劳寿命远远高于基体合金。疲劳裂纹从大颗粒的初晶Si的断裂以及Si相脱离处形核,并开始扩展。对于复合材料而言,SiC颗粒尺寸较小,不容易发生断裂,在形核过程中,当裂纹遇到SiC颗粒时,裂纹或者避开增强体,或者受阻于SiC颗粒,只能在基体合金中扩展,从而扩大了疲劳形核区的面积,提高了材料的疲劳寿命。Si颗粒的脱离、Si相的断裂以及SiC颗粒与基体界面的脱粘是复合材料疲劳断裂失效的主要机制。

原位Al2O3颗粒增强Al-20Si复合材料的制备及微观组织

目前原位Al2O3颗粒对Al-Si合金组织性能的研究较多,但对过共晶Al-Si合金的研究较少。本研究通过在半固态温度区间下添加SiO 2粉末制备Al2O3(p)/Al-20Si复合材料,探究搅拌速率、SiO 2粉末添加量对Al-20Si合金的影响。研究结果表明:当搅拌速率为800 r/min时,Al2O3颗粒在基体中的分散效果最好;添加SiO 2粉末与Al基体发生反应生成的Al2O3颗粒主要分布于初生Si边界处,可显著抑制初生Si的生长,但当SiO2添加量增加到7%时,生成的Al2O3颗粒出现了团聚现象。加入质量分数为5%的SiO2粉末所制备的Al2O3(p)/Al-20Si复合材料组织中Al2O3颗粒均匀分布,硬度较基体合金提高了14%。

热挤压对15%Mg2Si/Al-Si-Cu复合材料组织及性能的影响

采用熔炼法制备了15%Mg_(2)Si/Al-3%Cu-3%Si复合材料,并研究了热挤压对复合材料的组织及性能的影响。结果表明,铸态15%Mg_(2)Si/Al-Cu-Si复合材料中初生Mg_(2)Si相(记为Mg_(2)Si_(p))呈多边形状,且大都具有尖锐的棱角,其尺寸(D_(Mg_(2)Si_(p)))约为31.24μm,菊花状的共晶Mg_(2)Si相(记为Mg_(2)Si_(e))偏聚在Mg_(2)Si_(p)周围,Al_(2)Cu相呈不规则的网状。经过460℃固溶处理6 h后,Al_(2)Cu相明显减少,Mg_(2)Si_(e)部分固溶到基体中,部分与Al、Cu元素结合,形成Al_(4)Cu_(2)Mg_(8)Si_(7)四元Q相。经过往复挤压1道次后,Mg_(2)Si_(p)明显破碎,沿挤压流线方向分布,且边缘区域的破碎效果比中心区域更为显著。经过往复挤压1道次和正挤压后,Mg_(2)Si_(p)分布均匀,尺寸最小,约为12.89μm,与铸态相比减小了58.7%。随着挤压道次的增加,复合材料组织中的Al_(3)Cu_(2)Mg_(9)Si_(7)相(Q_(1)相)逐渐被破碎细化,同时在挤压过程中沿挤压流线析出细小弥散的Al_(4)CuMg_(5)Si_(4)相(Q_(2)相)。对热挤压后的复合材料进行三点抗弯测试,结果表明,复合材料的强度和塑性大幅度提高。其中,经过往复挤压3道次和正挤压后复合材料的强度和应变分别为306 MPa和6.72%,与铸态相比分别提高了23.9%和482.3%,塑性得到了很大的提高。

Sb对原位Mg_2Si/Al-5Si复合材料显微组织的影响

研究了Sb含量对Mg2Si/Al-5Si复合材料显微组织的影响。结果表明,随着Sb含量的增加,初生Mg2Si颗粒形貌明显发生了细化,Mg2Si形态由变质前的汉字体和枝晶状变为细小的、均匀分布的颗粒状,Mg2Si体积分数也有所增加。当Sb含量为0·4%时,细化效果达到最佳,由变质前的52μm变为25μm。当Sb含量超过0·4%后,Mg2Si颗粒尺寸开始粗化,因此,过量的Sb对Mg2Si颗粒的细化无益。Sb对Mg2Si颗粒的细化主要由于AlSb引起的异质形核作用,Sb使液相线温度和熔体表面张力σLV降低,对Mg2Si颗粒的细化也具有一定的作用。

Mg对原位合成TiB_2/Al-7Si复合材料的微观组织及力学性能的影响

采用K2TiF6和KBF4混合盐原位反应法制备TiB2/Al-7Si复合材料,利用XRD、SEM、金相显微镜、HV硬度测试和磨损实验等方法研究了Mg对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明:反应生成的TiB2颗粒平均尺寸约为0.5μm,材料的硬度和耐磨性随着TiB2含量的增加而提高;添加1.5%Mg(质量分数)元素可明显细化TiB2颗粒,且使其分布更加均匀,增强TiB2颗粒的弥散强化和细晶强化效果,复合材料的硬度和耐磨性显著改善;过量的Mg元素(3%)会造成TiB2颗粒细化效果的下降,但其硬度和耐磨性能继续得到改善。

Bi对Al-30% Mg_2Si复合材料组织和性能的影响

为了研究铋(Bi)对Al-30%Mg2Si复合材料显微组织和力学性能的影响,利用原位内生工艺制备了Al-30%Mg2Si复合材料,并加入不同量的Bi对其细化变质.利用扫描电镜进行显微组织观察,并利用布氏硬度计和液压式万能试验机进行力学性能测试.试验结果显示,稀土Bi的质量分数由0%增加至5%时,初生相Mg2Si的平均晶粒尺寸先减小后变大,而抗拉强度、硬度和伸长率则先提高后减小;当Bi加入量约为3%时,初生相Mg2Si显微组织细化效果最为明显,综合力学性能最好.

TiC_P/Ti-6Al-4Sn-2Mo-0.2Si复合材料的组织与机械性能

用熔铸法制备了体积分数分别为8%和12%TiC的TiCP/Ti-6Al-4Sn-2Mo-0 2Si复合材料.通过SEM、TEM、XRD等手段研究复合材料的微观组织和断口形貌.TiC颗粒的加入使复合材料的铸态强度比基体有了大幅度的提高,但同时出现了含低体积分数增强相材料的强度和延伸率均比高体积分数材料高的现象,其原因主要来自于铸态下TiC形态的差异,后者组织中存在较多的枝晶状TiC,而前者组织中绝大多数TiC为细小颗圆整颗粒,有利于合金性能的提高.因此自生复合材料中增强相形态对性能影响,有时比体积分数更重要.

RE对原位TiB_2/Al-7Si复合材料组织及性能的影响

采用混合盐反应法原位合成TiB2/Al-7Si复合材料,在添加适量Mg元素的基础上,研究了RE元素对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,加入适量RE元素,不仅能够细化α-Al和共晶Si相,而且能够增大TiB2颗粒与铝基体的润湿性,有效地阻止TiB2颗粒的团聚,使TiB2颗粒更加细小且分布均匀;加入0.6%RE后,硬度提高幅度约为12.9%,磨损失重量减少11%～19%,摩擦因数减小6%～12%,复合材料的硬度和耐磨性明显改善。

原位生成(Al_2O_3)p/(Al-4wt.%Mg)复合材料的TEM观察

本文用TEM研究了原位反应合成方法制备的Al2 O3增强铝基复合材料 ,发现在Al 4wt.%Mg基复合材料中的尖晶石型反应产物MgAl2 O4以“界面MgAl2 O4”、“弥散MgAl2 O4”和“晶内MgAl2 O4”三种形态存在。原位生成的Al2 O3以“晶内MgAl2 O4”为衬底形核长大 ,并在界面富集形成“界面MgAl2 O4”。

Mg对原位合成TiB_2/Al-7Si复合材料的微观组织及力学性能的影响

通过向铝液中加入一定比例的KBF4和K2TiF6制备出了TiB2/Al-7Si复合材料,利用XRD,SEM,金相显微镜,硬度(HV)测试和磨损试验等材料分析方法研究了Mg对复合材料的微观组织和力学性能的影响。研究表明,K2TiF6和KBF4混合盐原位反应的生成物为平均尺寸为0.5μm左右的TiB2颗粒。复合材料的硬度和耐磨性随着TiB2含量的增加提高。添加1.5%的Mg改善了TiB2颗粒与铝液界面的润湿性,增加了合金熔体的粘度,阻碍了TiB2颗粒的团聚,明显细化了TiB2颗粒且分布更加均匀,增强了TiB2颗粒的弥散强化和细晶强化效果,复合材料的硬度和耐磨性显著改善。过量的Mg元素(3.0%)会造成TiB2颗粒细化效果的下降,但硬度和耐磨性能继续得到改善,这可能与合金凝固中析出的初晶Mg2Si颗粒和时效过程中析出β′或β″相有关。

低温处理对Al_2O_3·SiO_(2f)/Al-10Si复合材料断裂性能的影响

对经 - 196℃× 10min低温处理前后的Al2 O3·SiO2f/Al 10Si复合材料的断裂强度、伸长率、断裂韧度进行了研究。结果表明 ,由于复合材料纤维及基体残余应力的变化 ,处理后 ,复合材料的断裂强度有所降低 ,而伸长率及断裂韧度有大幅度提高。

原位Al_2O_3颗粒增强Al-8Si复合材料制备的研究

通过半固态机械搅拌+陶瓷刀剪切法,利用SiO_2粉末与Al-7Si铝合金反应制备Al_2O_3颗粒增强Al-8Si基复合材料。借助金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)对该复合材料的微观组织进行分析。结果表明:Al2O3在Al-8Si合金的晶界处的分布均匀分散。复合材料中的α-Al由树枝晶向等轴晶转变。同时,Al_2O_3颗粒周围的共晶硅转变为细小的块状。

Sr变质Mg_(2)Si/Al-Cu-Si复合材料的机理与组织性能

采用熔炼法制备了x%Mg_(2)Si/Al-3%Cu-3%Si(x=15,20,25和30)复合材料,并选择15%和25%Mg_(2)Si含量的复合材料通过添加微量Sr进行了变质处理。结果表明,铸态复合材料组织由多边形块状Mg_(2)Si初生、棒状Mg_(2)Si共晶、网状θ-Al_(2)Cu、过剩Si和块状Q-(Al_(4)Cu_(2)Mg_(8)Si_(7))相组成。其中,Mg_(2)Si初生的晶粒尺寸约为31.2μm。随着Mg_(2)Si含量的增加,Mg_(2)Si初生由颗粒状转变为更为粗大的树枝状。加入0.04%Sr对15%Mg_(2)Si/Al-3%Cu-3%Si进行变质处理,Mg_(2)Si初生的晶粒尺寸减小至20.1μm,尖角状Mg_(2)Si初生转变为多边形。用第一性原理计算变质元素Sr在Mg_(2)Si中结合能和吸附能揭示Sr的变质机理。计算结果表明,Sr优先吸附在Mg_(2)Si晶体{111}面,固溶并取代晶格中的Mg原子,改变{100}晶面和{111}晶面的相对表面能,从而抑制Mg_(2)Si沿<100>晶相的生长速度,实现了Mg_(2)Si颗粒的细化。对15%和25%Mg_(2)Si/Al-3%Cu-3%Si复合材料及其变质态进行3点抗弯测试,结果表明,经过0.04%Sr变质的15%Mg_(2)Si/Al-3%Cu-3%Si复合材料抗弯强度和抗弯应变最高,分别达到246.9 MPa和1.23%。

P和La对Al-20Mg2Si合金凝固组织及力学性能的影响

研究了0~0.75%的P、La以及0.5%P和0.5%La复合处理对Al-20Mg2Si合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明:P、La及其复合变质均可改善合金的凝固组织和力学性能。随着P或La加入量的增加,合金中初生Mg2Si相的尺寸都先减小后增大,转折点均为0.5%,同时组织中出现了Mg3(PO4)2P和Al11La3相;在复合处理条件下,初生Mg2Si相的尺寸最小,比未变质时减小了63.7%。合金的力学性能均与初生Mg2Si相的尺寸对应,随P或La加入量的增加,力学性能先增加后减小。复合处理时,合金力学性能最优,其抗拉强度和伸长率分别比未变质试样提高了40.5%和159%。

Ce对Al-18%Si-10%Mg合金显微组织与力学性能的影响

研究了稀土元素Ce对Al-18%Si-10%Mg合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,在合金中添加适量的Ce对初生Mg2Si和初生硅都有良好的变质作用。当Ce添加到0.8%时,初生的Mg2Si颗粒由粗大十字状或者不规则的多面体转变成为细小规则的块状,初生硅和共晶硅颗粒的尺寸也减小。随着稀土元素Ce的添加,合金的抗拉强度和硬度均得到了提高,增幅分别为29.7%和15.8%。同时摩擦系数以及磨损量则逐渐降低,降幅分别为10.5%和74.5%。