Ti@(Al-Si-Ti)p/A356复合材料的粉末触变成形制备及固溶处理

作     者：耿丽博 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈体军

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Ti(Al-Si-Ti)p/A356复合材料 芯-壳结构增强相粒子 粉末触变成形 重熔温度 固溶处理 微观组织 力学性能 

摘      要：本文通过粉末触变成形制备了一种新型芯-壳结构Ti@(Al-Si-Ti)颗粒(Ti@(Al-Si-Ti))增强A356铝基复合材料。研究了触变成形过程中部分重熔温度对复合材料的微观组织和力学性能的影响。通过原位拉伸试验观察裂纹的扩展探究了Ti@(Al-Si-Ti)芯-壳结构粒子的增韧机理,同时提出了一种微观力学强化模型来预测不同重熔温度下触变成形的此种类型复合材料的屈服强度。并对所制备的复合材料进行了固溶处理,研究了固溶温度、固溶时间对复合材料微观组织及力学性能的影响。研究结果表明:重熔温度对粉末触变成形(PTF)制备原位芯-壳结构Ti@(Al-Si-Ti)颗粒增强A356铝基复合材料的显微结构和力学性能有显著影响。随着重熔温度的提高,液相增多,初生相颗粒长大,析出的二次凝固组织的数量增多,二次凝固组织逐渐将初生相颗粒分隔开,晶界变的清晰。重熔温度为590℃时,增强相颗粒壳层较薄,壳层的物相为τ相。重熔温度为600℃时触变成形获得的Ti@(Al-Si-Ti)/A356铝基复合材料增强体呈现致密的双相芯-壳结构,壳层由外围深灰色(Al,Si)Ti相和内部浅灰色τ相组成。继续提高重熔温度后,首先形成的Si含量较高的τ相转变为Si含量较低的(Al,Si)Ti相,同时壳层断裂并从Ti芯剥离。复合材料的力学性能随着重熔温度的提高呈先上升后下降的趋势。600℃时,复合材料综合拉伸性能最好。最佳拉伸强度(UTS),屈服强度(YS)和延伸率分别为:371MPa,268MPa和8.3%。此种结构的复合材料具有高的延伸率,原因是芯-壳结构增强体能有效地阻碍和抑制裂纹扩展,提高复合材料的塑性和韧性。本文建立了一个修正后的MSL强化模型来预测不同重熔温度下Ti@(Al-Si-Ti)颗粒增强铝基复合材料的屈服强度,得到的理论计算值与实验值保持高度的一致性。对在600℃下部分重熔50min时触变成形的复合材料进行了固溶处理,结果表明:固溶处理使得共晶组织不断固溶入复合材料的基体中,基体偏析减小,成分更加均匀,但却使增强相颗粒的钛芯继续与Al和Si反应生成Al-Si-Ti系化合物,壳层不断变厚乃至破裂。前者对复合材料力学性能起到有益的效果,但后者却降低了复合材料的力学性能。因此,芯-壳结构颗粒增强铝基复合材料的力学性能取决于固溶工艺参数下两种作用的综合。复合材料的力学性能随着固溶温度的提高和固溶时间的延长而先增大后减小。固溶温度为530℃保温3h时复合材料的拉伸强度、屈服强度与延伸率均有所提高,与未固溶的复合材料相比,分别提高了6.6%,13.4%,25.0%。