喷射成形TiC_(p)/ZA35复合材料热挤压工艺的ANN优化和组织研究

采用人工神经网络(ANN)的方法,研究挤压比、挤压比压、挤压温度和挤压速率对喷射成形TiC_(p)/ZA35复合材料力学性能的影响,建立了TiC_(p)/ZA35复合材料热挤压的人工神经网络模型。模型的输入参数为挤压比、挤压比压、挤压温度和挤压速率,输出参数为复合材料的抗拉强度。该模型可以仿真TiC_(p)/ZA35复合材料在不同热挤压工艺参数下的力学性能,也可以优化热挤压工艺参数,模型结果与实验结果误差小于1.8%,拟合率为0.986。推荐热挤压工艺优化参数为:挤压比22,挤压比压415 MPa,挤压温度315℃,挤压速率8 mm·s^(-1),此工艺条件下复合材料的抗拉强度为486.7 MPa。热挤压间接对复合材料进行了时效处理,材料晶内析出晶须状和颗粒状的MnAl6强化相。弥散强化和位错强化作用使热挤压喷射沉积TiCp/ZA35复合材料较未挤压复合材料抗拉强度提高38.3%。

真空搅拌TiC_(p)/7075复合材料的组织、力学与耐磨性能

采用真空辅助搅拌铸造法制备了TiC_(p)/7075复合材料,利用XRD和SEM对复合材料进行物相分析和微观组织观察,研究了复合材料的力学性能和耐磨性能。结果表明,TiC增强体颗粒均匀分布在7075铝合金基体中,并且显著细化了基体合金的晶粒尺寸。TiC颗粒使基体合金的晶粒由200μm的树枝晶转变为约100μm的等轴晶。TiC_(p)/7075复合材料的布氏硬度和抗拉强度分别为163HBW和362 MPa,较基体合金分别提高了20.7%和20.3%,这是细晶强化和颗粒承载机制共同作用的结果。TiC颗粒的加入有效改善了7075基体的耐磨性,在10 N载荷下,复合材料的磨损量为2.9 mg,较基体减少54.7%。复合材料在磨损过程中裸露的TiC硬质颗粒优先与对磨材料接触,减小了复合材料与对磨材料的有效接触面积,提高了复合材料的耐磨性。

TiC_(p)/2519复合材料高温力学性能和蠕变行为

采用搅拌铸造技术制备了不同质量分数的TiC_(p)/2519复合材料。研究了TiC_(p)/2519复合材料的高温力学性能以及在423~523 K温度条件下的高温蠕变行为。结果表明:纳米TiC颗粒对2519合金微观组织有显著的细化作用。在温度为453 K、应变速率为1×10^(-3) s^(-1)条件下,与基体合金相比,TiC_(p)/2519复合材料力学性能均有所提高,其中,0.5%TiC_(p)/2519复合材料高温性能最佳,抗拉强度和伸长率分别达到282 MPa和16.8%,比基体合金提高了10%和63%。稳态蠕变速率随蠕变温度和蠕变应力的增大而增大,0.5%TiC_(p)/2519复合材料稳态蠕变速率比基体合金低3~6倍。在温度423~523 K、应力80~150 MPa实验条件下,建立了基于温度和应力的TiC_(p)/2519复合材料稳态蠕变速率的本构方程,其变形激活能Q_(a)为151 kJ·mol^(-1)。TiC_(p)/2519复合材料高温蠕变机制以位错攀移为主。

球磨-转喷微注法制备纳米Al2O3颗粒/Al(7075)复合材料的组织及磨损特性

采用球磨-转喷微注相结合的新工艺制备纳米Al2O3颗粒(Al2O3p)/Al(7075)复合材料,设计一种转喷微注装置,该装置能将连续、微量的纳米Al2O3p注入到Al熔体中。观察纳米Al2O3增强相对Al(7075)基体合金材料微观组织的影响,并测试Al(7075)基体和纳米Al2O3p/Al(7075)复合材料的磨损特性。对纳米Al2O3p/Al(7075)复合材料和Al(7075)基体在不同载荷(15 N、25 N和35 N)下的磨损特性进行对比研究。结果表明:球磨-转喷微注法制备的纳米Al2O3p/Al(7075)复合材料晶粒较小,且增强相在基体中分布均匀且结合良好;随着载荷增大,纳米Al2O3p/Al(7075)复合材料磨损量的上升趋势慢于Al(7075)基体。载荷为35 N时,纳米Al2O3p/Al(7075)复合材料的磨损量较Al(7075)基体少,磨屑尺寸较小,其耐磨性能明显改善,这主要得益于纳米Al2O3p的支撑作用和材料的细晶强化作用。

超声对直接激光沉积钛基复材中未熔TiC聚集现象的影响

目的改善直接激光沉积TiC_(p)增强TC4复合材料中未熔TiC(Unmelted TiC,UMT)的聚集情况,提高钛基复合材料的力学性能。方法利用定点超声辅助直接激光沉积工艺制备了20%、30%(质量分数)TiC_(p)/TC4复合材料,通过金相显微镜观察UMT的分布情况,采用X射线衍射仪分析物相组成、衍射峰强度与半峰宽变化。通过扫描电子显微镜(SEM)进一步分析样件的微观组织,并使用SEM配备的能谱仪模块对元素分布情况和元素含量进行分析,同时观察拉伸样件的断口微观形貌和初生TiC情况。分别采用显微硬度仪和微机控制电子万能试验机测试样件的显微硬度与拉伸性能。结果超声产生的声流、空化和机械效应不断搅拌熔池,增大了熔池的润湿性,初生TiC熔化/溶解更加充分,改善了UMT在熔覆层边缘的聚集情况。在超声能场辅助作用下,20%、30%(质量分数)TiC_(p)/TC4复合材料的平均显微硬度分别提升了8.4%和12.7%,极限拉伸性能分别提升了8.0%和15.0%。结论定点超声高频振动可以有效改善UMT聚集现象,使TiC_(p)在TC4基体中分布得更加均匀,增强了熔覆层间结合强度,最终使沉积件力学性能得到提升。