攪拌摩擦加工對原位制備ZrB2/2024鋁基復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與性能的影響

1.57萬字 37頁 原創(chuàng)作品，獨(dú)家提交，已通過查重系統(tǒng)


摘要： 熔體原位反應(yīng)法制備ZrB2/2024鋁基復(fù)合材料，工藝簡單，制備成本低，易推廣，但是由于鑄造缺陷的存在以及鑄造條件的限制，其結(jié)構(gòu)性能不高，增強(qiáng)相尺寸、形貌、在基體合金中分布均勻性不理想。對其進(jìn)行攪拌摩擦，可以改善材料的微觀結(jié)構(gòu)，提高材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密性，減少鑄造缺陷，從而提高材料的綜合性能。本設(shè)計(jì)因此有針對性地設(shè)計(jì)分析了攪拌摩擦塑性變形工藝及不同攪拌道次對ZrB2/2024鋁基復(fù)合材料的微觀組織和性能的影響。
研究表明：攪拌摩擦不同道次使得材料發(fā)生了不同程度的晶格畸變。而且攪拌摩擦對增強(qiáng)相細(xì)化效果明顯，攪拌摩擦后增強(qiáng)顆粒尺寸大致直徑在5μm以下；經(jīng)攪拌摩擦1道次后，晶粒尺寸得到細(xì)化，大部分晶粒尺寸已下降至40μm以下；而攪拌3道次后，材料尺寸得到進(jìn)一步細(xì)化，晶粒尺寸下降至30μm以下，大部分晶粒已接近20μm；攪拌5道次后，復(fù)合材料的晶粒尺寸已得到顯著細(xì)化，平均晶粒尺寸已達(dá)到15μm左右。較原始鑄態(tài)材料細(xì)化400%以上。
然后，對不同攪拌摩擦后試樣的硬度進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)隨著攪拌道次的增加，復(fù)合材料的硬度呈現(xiàn)先上升，后下降的趨勢。硬度的大小整體變化差異并不是很大。攪拌1，5道次后硬度較母材分別上升9.9%和2%；而攪拌5道次后硬度較母材則下降13.5%。
其次，對其耐磨性能以及不同加載在和條件下材料的磨痕機(jī)制進(jìn)行了一定的分析，結(jié)果表明：攪拌摩擦?xí)沟脧?fù)合材料的耐磨性得到提升，但并不是攪拌道次越多，提升程度越大，當(dāng)攪拌道次達(dá)到一定數(shù)量時，其耐磨性反而會開始下降。實(shí)驗(yàn)可知，攪拌摩擦3道次能夠最大限度的提升復(fù)合材料的耐磨性能。而當(dāng)載荷為5N時，磨痕淺且細(xì)，表面光滑平整，宏觀上表現(xiàn)出較小的磨損率。當(dāng)載荷處于10N時，宏觀磨痕與A相似，但從微觀磨痕來看，磨痕顯著加深，且粗大了不少；當(dāng)載荷為15N時，磨損表面開始變?yōu)楹谏ズ鄞笄疑畛霈F(xiàn)磨損率線性增加的現(xiàn)象，從中大致可以判斷為出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的氧化磨損現(xiàn)象。
最后，通過對材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，研究其韌窩形狀，發(fā)現(xiàn)鑄態(tài)復(fù)合材料韌窩較大較淺，韌窩內(nèi)可明顯看見表面光亮的顆粒，即增強(qiáng)顆粒在拉伸過程中發(fā)生脆性斷裂，攪拌摩擦后拉伸斷口韌窩相對較小較深，發(fā)生韌性斷裂。

關(guān)鍵詞 ZrB2/2024鋁基復(fù)合材料；攪拌摩擦；微觀結(jié)構(gòu)；耐磨性能；磨痕機(jī)制