纳米Al2O3p/2024铝基复合材料半固态触变成形研究

摘要

颗粒增强铝基复合材料具有很多优点，例如较低的密度，较高的强度、耐磨性和导热性能，因此是一种适应当前工业发展需求的材料。采用纳米尺寸级别颗粒增强的铝基复合材料不仅能够具有较高的强度、硬度和耐磨性，而且其塑性也得到提升。利用半固态触变成形技术能够较为容易的制备出力学性能优异、高出品率、结构复杂的构件。本课题将先采用超声辅助半固态搅拌的方法制备出合格的纳米颗粒增强铝基复合材料，之后对其进行触变成形，对成形件进行测试分析，探究工艺参数对其性能的影响，为规模化制造高性能的纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料结构件探索道路。
　　采用超声辅助机械搅拌结合半固态流变的技术方法进行纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料半固态坯料的制备。分析得知，半固态坯料内晶粒基本没有发生变形，微观组织中几乎不存在枝晶，晶粒明显呈现球状或蔷薇状。对复合材料半固态触变成形过程进行计算机仿真模拟得知，提高坯料二次加热温度有利于减小成形时坯料的变形抗力。提高凸模加载速度和模具温度，热量散失越少，有利于半固态坯料充填模具型腔。
　　随着触变过程中二次加热温度和保温时间的增加，材料内部液相分数逐渐增多，同时球状晶粒也逐渐增多，部分晶粒出现合并长大的现象。Al元素在晶内的含量远高于晶界，Mg、Cu和Fe元素在晶界处偏析。O元素的分布表明纳米Al2O3颗粒积聚在晶界处，晶内分布比晶界少，且在沿着挤压方向和垂直挤压方向上保持相同的分布规律。
　　经拉伸实验测试得知，经过纳米Al2O3颗粒的增强，基体材料的屈服强度由150MPa变为158MPa，提升了5.3%；抗拉强度由273 MPa变化为294MPa，提升了7.7%；延伸率由3%变化为5%，提升了66.7%。分析断口可知，该复合材料触变成形件的断裂方式以解理断裂为主，含有少量韧性断裂。对成形件拉伸试样进行T4热处理，解决了Mg元素和Fe元素的偏析问题，减轻了Cu元素偏析现象，对纳米Al2O3颗粒的分布基本没有影响；材料的最佳抗拉强度达到394MPa，延伸率为5.2%。经过耐磨性测试得知，经过纳米Al2O3颗粒的增强，复合材料的耐磨性得到提高。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 颗粒增强铝基复合材料

1.4 铝合金半固态加工成形技术

1.5 主要研究内容

第2章 纳米Al2O3颗粒增强2024铝基复合材料制备

2.1 原材料分析

2.2 半固态坯料制备

2.3 铝基复合材料的组织分析

2.4 本章小结

第3章 半固态触变成形数值模拟及等温处理实验

3.1 铝基复合材料半固态触变成形数值模拟及分析

3.2 等温处理实验及显微组织分析

3.3 本章小结

第4章 半固态触变成形实验及成形件显微组织分析

4.1 铝基复合材料半固态触变成形

4.2 铝基复合材料半固态触变成形件组织分析

4.3 铝基复合材料半固态触变成形件扫描能谱分析

4.4 本章小结

第5章 成形件力学性能及耐磨性分析

5.1 铝基复合材料触变成形件力学性能分析

5.2 T4热处理态铝基复合材料成形件组织与性能分析

5.3 铝基复合材料触变成形件耐磨性分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢