轧制复合制备TA1/AZ31B/TA1层状复合材料组织与性能研究

本文通过轧制复合法制备了TA1/AZ31B/TA1层状复合材料,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电液压伺服疲劳试验机等测试方法分析研究了复合材料的界面、显微组织、应力-应变曲线及拉伸断口形貌。结果表明:轧制复合后,其结合界面呈波浪状,且在TA1层次表面有裂纹出现;经5道次轧制后,AZ31B挤入裂缝中,TA1侧表面层镶嵌在AZ31B基体中,并发生断裂并破碎,界面结合具有机械啮合特性。在轧制复合首道次后,TA1层组织变化不明显,AZ31B层组织明显细化,分布极不均,且发生了动态回复与再结晶;轧制5道次后,TA1层组织沿轧制方向呈流线型纤维组织,AZ31B层组织呈细小的等轴晶,分布均匀;当拉伸速率为1mm/min时,TA1/AZ31B/TA1层状复合材料抗拉强度达到最大值359.469 MPa,比准静态(0.01mm/min)增加了30 MPa,提高了9.09%,但延伸率降低了8.471%,表明TA1/AZ31B/TA1层状复合材料是一种正应变速率敏感材料。

TA1/AZ31B多层复合材料在等温压缩过程中的变形行为

采用等温压缩实验研究了在变形温度为573~723 K,应变速率范围为0.01~10 s-1,压下量30%~50%的条件下TA1/AZ31B多层复合材料的塑性变形行为并利用光学显微镜观察显微组织的变化。研究表明:TA1和AZ31B在压缩复合过程中均发生塑性变形,但是钛/镁多层复合材料各层的变形不同时且不均匀,AZ31B层的变形程度大于TA1层,且在变形过程中AZ31B层发生了动态再结晶。当应变速率为10 s-1时,中间TA1层出现颈缩和断裂。计算结果证明,Arrhenius本构方程可以准确预测TA1/AZ31B多层复合材料的流动应力行为,其平均绝对相对误差为3.976%,相关系数为0.991。此外,基于动态材料模型(DMM)理论建立了TA1/AZ31B多层复合材料在真应变为0.5下的加工图,确定最佳加工条件为723 K温度下,应变速率为0.01 s-1,此时最大功率耗散值为28%。同时,TA1/AZ31B多层复合材料的加工图中存在一个不稳定区域,即变形温度范围为573~692 K时应变速率范围为0.6~10 s-1。