原位自生Mg2Si_AZ91D复合材料组织与性能的研究.pdf
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1、江苏大学硕士学位论文 摘要 本文利用原位自生反应制备了M g E S i A Z 9 1 D 复合材料,研究了P 、S r 、C e 复 合变喷,高能超声以及热处理对复合材料的组织及其力学性能的影响。通过光学 显微镜( O M ) 、扫描电镜( S E M ) 、能量散射光谱( E D S ) 、X 射线衍射( X R D ) 等方法分 析不同工艺制备的M g E S i A Z 9 1 D 复合材料的显微组织与相组成。 直接向A Z 9 1 D 合金熔体中加入S i O :( S i 含量为熔体质量的1 5 w t 1 粉末后, 制备的M 9 2 S i A Z 9 1 D 复合材料的组织由
2、M g 基体、不连续网状的f - M 9 1 7 A 1 1 2 相和 汉字状的M g E S i 相组成,M 9 2 S i 相平均尺寸为1 0 - 3 0 m 。添加P 、S r 、C e 对M 9 2 S i 相的彤貌、尺寸有明显的改善,当添加0 0 5w t P 、0 1 叭s r 、0 3 埘C e 变质 处理后M g E S i 形貌全部变为多边形状,且在基体上弥散分布,平均尺寸约0 5 5 m 。 此时复合材料的抗拉强度和伸长率分别为2 1 2 7 M P a 和2 3 7 。 对熔体施加高能超声,研究了不同的超声处理工艺对M 9 2 S i A Z 9 1 D 复合材料 组织与
3、性能的影响。结果表明:当超声处理工艺为1 2 k W ,6 m i n 时,M g E S i 相和 1 3 - M g l 7 A 1 1 2 相最为细小,且分布均匀,复合材料的抗拉强度o b 和伸长率6 分别达 到了2 2 0 5 M P a 和2 6 ,较未施加超声处理的试样提高了2 2 3 和3 8 9 。拉伸断 口上解理面变小,出现韧窝,复合材料的塑性得到提高。对变质后的复合材料施 加高能超声,发现多边形M g E S i 颗粒变得圆整,尺寸更细小,分散更均匀。此时, 其抗拉强度吼和伸长率6 分别为2 2 7 3 M P a 和2 8 2 。 对M g E S i A Z 9 1 D
4、 复合材料进行热处理,研究了T 4 处理( 4 2 0 “ C 不同保温时间的 固溶处理) 及T 6 处理( 固溶+ 1 8 0 。C 1 2 h 的时效处理) 对复合材料组织与性能的影响。 研究发现:T 4 处理能显著改善复合材料中M 9 2 S i 相的形貌与分布,随着保温时间 的延长,汉字状的M 9 2 S i 相逐渐熔断、球化,在4 2 0 ,1 6 h 固溶处理时,球化的 M g E S i 相最为细小、弥散且分布均匀;而D - M 9 1 7 A 1 1 2 相溶入基体中,形成过饱和固 溶体。固溶后的时效处理对M 9 2 S i 相的形貌和分布基本上没有影响, 3 - M 9 1
5、7 A 1 1 2 相则重新析出。T 4 处理时,在4 2 0 保温1 6 h 时,抗拉强度o b 和伸长率6 达到最 高,较未T 4 处理的复合材料抗拉强度和伸长率分别增加了1 4 5 和2 6 9 ,复合 材料的拉伸断口为准解理断裂。T 6 处理后,复合材料的抗拉强度o b 达到2 1 6 7 M P a , 较未热处理和T 4 处理分别提高了2 0 2 和5 ;但是其伸长率6 为2 2 7 ,较T 4 原位自生M g E S i A Z 9 1 D 复合材料组织与性能的研究 处理下降了1 0 9 ,复合材料的断裂机制主要为解理断裂。固溶处理过程中在 M 9 2 S i M g 界面间的表
6、面张力作用下,M g E S i 相不同曲率处的S i 原子发生扩散,使 得M 9 2 S i 相不断熔断、扩散、析出,最终获得球化的M 9 2 S i 相。 热处理对变质后的M 9 2 S i A Z 9 1 D 复合材料的M 9 2 S i 相的形貌基本没有影响, 仅棱角边缘处有钝化现象;f l - M 9 1 斛1 2 相在固溶过程中先溶入基体中,在随后的时 效处理过程中呈球状或短棒状重新析出。此时,复合材料的抗拉强度o b 为 2 2 5 6 M P a ,伸长率6 为2 7 8 ,断口特征为准解理断裂。 关键词:原位自生,M 9 2 S i A Z 9 1 D ,变质处理,高能超声,
7、热处理,力学性能 U 江苏大学硕士学位论文 A B S T R A C T I nt h i sp a p e r , M 9 2 S i A Z 9 1 Dc o m p o s i t ew a sp r e p a r e db yi n s i t us y n t h e s i sm e t h o d T h ee f f e c t so fe l e m e n t sP ,S r , C e ,h i g h - i n t e n s i t yu l t r a s o n i ca n dh e a tt r e a t m e n to n m i c r o s
8、t r u c t u r e s ,p h a s e sc o m p o s i t i o na n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fc o m p o s i t e sw e r e s t u d i e db yu s i n go p t i c a lm i c r o s c o p y ( O M ) ,s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( S E M ) , e n e r g yd i s p e r s i v es p e c t r o m e
9、 t e r ( E D S ) a n dX - r a yd i f f r a c t i o n ( X R D ) T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e M 9 2 S i A Z 9 1 Dc o m p o s i t e m a i n l yc o m p o s e do f m a g n e s i u mm a t r i x ,d i s c o n t i n u i t yn e t s h a p ep - M 9 1 7 A l :2p h a s e sa n dt h ec o a r s eC h i n e s
10、e s c r i p ts h a p eM 9 2 S ip h a s e s ,w h i c hw a so b t a i n e db ya d d i n gS i 0 2p o w d e r si n t oA Z 9 1 D m a g n e s i u ma l l o ym e l tw i t hS it o o ku p1 5 w t A n dt h ea v e r a g es i z eo fM 9 2 S ip h a s ei s b e t w e e n1 0a n d3 0 I t m T h ea d d i t i o no fES r ,
11、 a n dC ec a ns i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h e m o r p h o l o g ya n dd e c r e a s et h es i z eo fM 9 2 S ip h a s e W h e na d d i n g0 0 5 w t E0 1 w t S r , a n d0 3 w t C e ,a l lt h eM 9 2 S ip a r t i c l e sc h a n g et om u l t i l a t e r a ls h a p e ,a n dt h ea v e r a g e
12、s i z ei sb e t w e e n0 5a n d5 1 x m A tt h es a m et i m e ,t h et e n s i l es t r e n g t ha n dt h ee l o n g a t i o no f t h ec o m p o s i t ei s2 1 2 7M P aa n d2 3 7 ,r e s p e c t i v e l y T h ei n f l u e n c eo fv a r i e du l t r a s o n i ct r e a t i n gt i m ea n dp o w e r so nm
13、i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e s o fM g e S i A Z 9 1 D c o m p o s i t e a s h i g h i n t e n s i t y u l t r a s o n i cw a v e sw e r e i n t r o d u c e di n t ot h em e l tw a sa l s oi n v e s t i g a t e d T h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h eb e s t u l t r a s o n
14、 i ce f f e c t sw e r eo b t a i n e dw i t hap o w e ro f1 2 k Wa n dat r e a t i n gt i m eo f6 m i n T h e r ee x i s tt h ew e l l d i s t r i b u t e dc o s hs h a p eM 9 2 S ip h a s ea n ds p h e r i c a lB - M 9 1 7 A i l 2 p h a s e M e a n w h i l e ,t h et e n s i l es t r e n g t ha n d
15、e l o n g a t i o nr e a c h2 2 0 5 M P aa n d2 6 ,i n c r e a s eb y 2 2 3 a n d3 8 9 t h a nt h o s ew i t h o u tu l t r a s o n i ca s s i s t a n c e T h et e n s i l ef r a c t u r es u r f a c e s p o s s e s st h ec h a r a c t e r i s t i co ft h es m a l l e rc l e a v a g ep l a n ea n dt
16、 o u g hd i m p l ee x i s t e n c e I ti s f o u n dt h a tt h em u l t i l a t e r a ls h a p eM 9 2 S ip a r t i c l e sb e c o m ef i n e r ,m o r ed u l la n g u l a ra n d d i s t r i b u t em o r eu n i f o r m l y ,w h i l et h em o d i f i c a t i o n c o m p o s i t eu n d e rh i g h i n t
17、 e n s i t y u l t r a s o n i ct r e a t m e n t A n dt h et e n s i l es t r e n g t ha n dt h ee l o n g a t i o na r e2 2 7 3 M P aa n d 2 8 2 ,r e s p e c t i v e l y T h ee f f e c t so fh e a tt r e a t m e n t ,w i t hT 4t r e a t m e n t ( i e s o l u t i o nt r e a t m e n ta t4 2 0 “ C f
18、o rd i f f e r e n th o l d i n gt i m e ) a n dT 6t r e a t m e n t ( i e a g i n gt r e a t m e n ta t1 8 0 “ Cf o r1 2 ha f t e r s o l u t i o nt r e a t m e n t ) ,o nm i c r o s t m c t u r e sa n d p r o p e r t i e s o fc o m p o s i t ew e r et h e n r e s e a r c h e d T h er e s u l t sr
19、e v e a lt h a td u r i n gs o l u t i o nt r e a t m e n t ,t h em o r p h o l o g ya n d I I ! 一 一 原位自生M 9 2 S i A Z 9 1 D 复合材料组织与性能的研究 d i s t r i b u t i o no ft h ec o a r s eC h i n e s es c r i p ts h a p eM 9 2 S ip h a s e sa r em o d i f i e d W i t h i n c r e a s i n gh o l d i n gt i m
20、e ,t h ec o a r s eM 9 2 S ip h a s e st e n dt ob ed i s s o l v e d ,b r o k e na n d s p h e r o i d i z e d M e a n w h i l e ,t h ep - M 9 1 7 A 1 1 2p h a s e i sd i s s o l v e di n t ot h em a g n e s i u mm a t r i x A f t e ra g i n gt r e a t m e n t ,t h em o r p h o l o g yo ft h es p h
21、 e r o i d i z e dM 9 2 S ip a r t i c l e sa r eh a r d l y c h a n g e d ,m e a n w h i l et h ep - M g l 7 A 1 1 2p h a s ed i r e c t l yp r e c i p i t a t e sf r o mt h es u p e r s a t u r a t e d s o l i ds o l u t i o na g a i n A f t e rs o l u t i o nt r e a t m e n ta t4 2 0 f o r1 6h o
22、u r s t h et e n s i l es t r e n g t h a n de l o n g a t i o no fc o m p o s i t ea r ei n c r e a s e db y1 4 5 a n d2 6 9 ,r e s p e c t i v e l y A n dt h e f r a c t u r ef e a t u r eo fc o m p o s i t e sc h a n g e sf r o mc l e a v a g ep a t t e r n st oq u a s i - c l e a v a g ef r a c
23、t u r e A f t e ra g i n gt r e a t m e n t ,t h et e n s i l es t r e n g t ho fc o m p o s i t er e a c h e s2 1 6 7 M P a ,2 0 2 a n d 5 h i g h e rt h a nt h ea s - c a s ta n da f t e rs o l u t i o nt r e a t m e n t H o w e v e r t h ee l o n g a t i o ni s 2 2 7 ,w h i c h 积】9 9 l o w e rt h
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- 原位 自生 Mg2Si_AZ91D 复合材料 组织 性能 研究
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