B元素添加对超声辅助铸造法制备B_(4)C_(p)/Al复合材料显微组织和力学性能的影响

通过在Al-B_4C-K_2TiF_6反应体系中添加KBF_4引入B元素,采用超声辅助铸造法制备B_(4)C_(p)/Al复合材料。研究B元素添加对复合材料显微组织、力学性能及界面反应机理的影响。实验结果表明,添加B元素可以改变B_(4)C_(p)/Al的界面结构,使更多的小粒径TiB_2颗粒分布在基体中,因此空化和声流效应进一步增强,熔体中的B_4C团簇被破碎,使复合材料组织更加均匀、综合力学性能得到改善。

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。

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。

微/纳双尺寸B_(4)C颗粒增强铝基复合材料的粉末冶金合成及后续热处理

采用放电等离子烧结(SPS)、热挤压+轧制(HER)、粉末冶金工艺及后续T6热处理制备了微/纳双尺寸B4C颗粒增强铝基复合材料。研究了制备过程中复合材料的显微组织演变和力学性能。结果表明:B4C颗粒分布由SPS状态的网状分布转变为挤压轧制态的均匀分布,平均晶粒尺寸由烧结态的3.12μm细化至挤压轧制态的1.56μm。由于纳米B4C的钉扎作用,亚结构比例达到66.5%。T6热处理后,材料内部析出弥散分布的Mg_(2)Si。微米B4C周围分布明显的动态再结晶晶粒,且晶粒尺寸远小于弥散分布Mg_(2)Si的基体区域。由于T6热处理只能有效地消除第一内应力,因此轧制态和热处理态复合材料的应力分布相似。烧结态复合材料的维氏硬度、显微硬度和抗拉强度分别从HV 55.45、0.86GPa和180 MPa提高到HV 77.51、1.08 GPa和310 MPa。T6热处理后,尽管内部存在着析出强化,但由于晶粒粗化,复合材料的析出强度分别为HV 70.82、0.85 GPa和230 MPa。

热轧高含量B_(4)C颗粒增强Al基复合材料的成形性能

高含量B_(4)C(B_(4)C≥30wt%)颗粒增强Al基(B_(4)C_(P)/Al)复合材料具有优异的结构和功能特性,尤其是具有优异的中子吸收性能,在核防护领域被用做屏蔽材料使用。但由于高含量B_(4)C颗粒的加入,使B_(4)C_(P)/Al复合材料变形困难。采用ABAQUS数值模拟方法对不同变形量下B_(4)C_(P)/Al复合材料的热轧过程进行数值模拟分析,在480℃温度下对热压烧结的B_(4)C_(P)/Al复合材料坯料进行轧制,并对其微观组织和力学性能进行分析。数值模拟结果表明,热轧变形量达到60%以上时,B_(4)C_(P)/Al复合材料板材表面中间区域应力较小,侧面应力较大,在板材边缘容易产生残余应力。研究结果表明,随轧制下压量的增加,B_(4)C_(P)/Al复合材料中B_(4)C颗粒分布明显均匀,位错密度增加。当轧制变形量达到70%时,B_(4)C_(P)/Al复合材料的屈服强度提高至249.46 MPa,极限抗拉强度提高至299.56 MPa。在拉伸过程中,B_(4)C颗粒优先断裂,但并未与基体界面脱黏,B_(4)C颗粒承受了主要载荷,Al基体发生塑性流动,从而提高了B_(4)C_(P)/Al复合材料的强度。

双屏蔽(B_(4)C-W)/6061Al层状复合板设计与性能

基于B_(4)C和W良好的屏蔽中子和γ射线性能,采用6061铝合金作为基体,设计了一种新型双屏蔽(B_(4)C-W)/6061Al层状复合材料,通过放电等离子烧结后加热轧制成板材,对制备的复合材料微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,屏蔽组元B_(4)C和W颗粒均匀地分布在6061Al基体中,层界面、B_(4)C/Al、W/Al异质界面之间结合良好,无空隙和裂纹。在颗粒与基体界面处形成扩散层,扩散层的厚度约为6μm (W/Al)和4μm (W/Al)。轧制态的(B_(4)C-W)/6061Al层状复合板的屈服强度(109 MPa)和极限抗拉强度(245 MPa)明显优于烧结态的复合材料,但断裂韧性降低。强度提高的原因主要是轧制后颗粒的二次分布、均匀性及界面结合强度提高,基体合金的晶粒尺寸减小,位错密度增加。层状复合板的断裂方式为基体合金的韧性断裂和颗粒的脆性断裂。