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本文通过6063Al-K2ZrF6-Na2B4O7反应体系,研究熔体反应法合成原位Al2O3p/6063Al复合材料的制备技术、塑性加工及力学性能。通过优化相应的熔体反应时间和反应温度等参数,制备1wt.%、2wt.%和3wt.%的Al2O3颗粒增强铝基复合材料。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等材料分析测试设备,研究了Al2O3p/6063Al复合材料的相组成、颗粒形貌和分布情况。研究表明,当体系的反应温度和反应时间分别为850℃和10min时,Al2O3增强颗粒的收得率较高同时反应副产物和其他杂质较少。 对铸态Al2O3p/6063Al复合材料分别进行热挤压、冷轧、锻造和热挤压+冷轧的塑性加工。研究结果表明,随着变形量的增大,基体晶粒沿加工垂直方向被压扁、破碎,最后趋于流线分布形成纤维组织;Al2O3颗粒团聚得到明显改善,较大颗粒因受到加工过程中的剪切应力而破碎并呈现钝角化的趋势,夹杂相破碎并分散于基体中。热挤压+冷轧后,复合材料组织缺陷少、颗粒分布均匀并产生大量位错及形变储能。 对挤压+冷轧后的Al2O3p/6063Al复合材料进行再结晶退火,金相显微组织显示退火参数对再结晶晶粒的影响:对冷轧80%的复合材料再结晶退火,450℃×2min未发生明显再结晶,520℃×2min再结晶不完全,590℃×2min退火后复合材料基体的平均晶粒尺寸为32.4μm;450℃×5min再结晶不完全,520℃×5min、590℃×5min退火后复合材料基体的平均晶粒尺寸分别为27.99μm、75.09μm。 增强颗粒的质量分数对Al2O3p/6063Al复合材料常温力学性能的影响的研究显示:增强颗粒的质量分数和复合材料的抗拉强度呈现正比,与伸长率呈反比。颗粒质量分数为3%的复合材料的抗拉强度和伸长率分别为273MPa和9%,较颗粒质量分数为1%的复合材料提高了7.90%和降低了50%;复合材料在经过420℃、20∶1的热挤压和80%变形量的冷轧后,抗拉强度得到显著提高,平均上升了31.41%,伸长率略有降低,较铸态平均值降低了10.5%。 对再结晶态的Al2O3p/6063Al复合材料进行的拉伸超塑性研究表明,通过筛选出0.1s-1的最佳应变速率以及540℃的最佳拉伸温度,可获得最大伸长率179%。与同试验参数下与铸态试样进行比较,由于再结晶退火后晶粒细化效果明显,退火态的复合材料的伸长率较铸态的89%提升明显。 对复合材料于常温下的强化机制进行了初步探讨,对于铸态Al203p/6063Al复合材料,主要存在Orowan强化、热错配强化、细晶强化等强化机制,对于塑性变形后的Al2O3p/6063Al复合材料,由于塑性变形改善了增强相的分布、组织趋于均匀,同时冷轧产生了加工硬化,使得复合材料的抗拉强度得到进一步的提升。 对复合材料于高温下的拉伸超塑性机制进行了初步探讨,对于再结晶退火后的Al2O3p/6063Al复合材料,拉伸过程中的应变速率、拉伸温度以及增强颗粒的尺寸和分布状况均对复合材料的超塑性具有重要影响。应变速率敏感因子m是材料在某拉伸条件下是否具有拉伸超塑性的重要参考指标,它与此时的应变速率和此时的流变应力相关。