【摘 要】
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在“双碳”背景下,A356铝合金凭借其优异的铸造性能,较低的密度和较高的比强度,可成型为精密复杂的工件同时又可迎合绿色节能政策,从而在航空航天、汽车领域有着十分广泛的应用。而随着科技的不断发展,对工件的综合力学性能要求日益提高,被用于关键零部件的传统A356铝合金往往不能够达到较高的强度和优异的抗疲劳性能。本文采用原位反应制备颗粒增强A356铝合金,研究不同原位制备方法对复合材料微观组织的影响,探
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在“双碳”背景下,A356铝合金凭借其优异的铸造性能,较低的密度和较高的比强度,可成型为精密复杂的工件同时又可迎合绿色节能政策,从而在航空航天、汽车领域有着十分广泛的应用。而随着科技的不断发展,对工件的综合力学性能要求日益提高,被用于关键零部件的传统A356铝合金往往不能够达到较高的强度和优异的抗疲劳性能。本文采用原位反应制备颗粒增强A356铝合金,研究不同原位制备方法对复合材料微观组织的影响,探究了其在室温、150℃下的静态力学性能以及室温下的拉压高周疲劳性能,为原位颗粒增强铝基复合材料提供相关数据支撑及技术指导。不同方法制备TiB2/Al、（TiB2+ZrB2）/Al微观组织表明:采用氟盐法在850℃下反应20min所制TiB2/Al、（TiB2+ZrB2）/Al复合材料的颗粒粒径依次为893nm、1.13μm,且副产物生成量较少,归纳对比确定为最优工艺,但存在颗粒团聚现象;采用合金法并进行挤压处理制备TiB2/Al、（TiB2+ZrB2）/Al后,团聚现象得到改善,颗粒粒径依次为798nm、578nm,颗粒与基体结合紧密,呈半共格关系。不同方法制备TiB2/A356、（TiB2+ZrB2）/A356复合材料的微观组织和拉伸性能表明:氟盐法与合金法所得复合材料相较于基体A356铝合金具有细化作用,主要是因为原位反应生成的增强颗粒分布于晶界处可达到细化效果。经过归纳对比得出合金法制备所得（TiB2+ZrB2）/A356的二次枝晶臂间距最小。与之对应的拉伸性能（T6态）具有相同的规律,基体合金A356的室温Rm为262MPa,与之相对应的断后伸长率为3.2%,氟盐法、合金法所得5wt%TiB2/A356、5wt%（TiB2+ZrB2）/A356的室温Rm分别为298MPa、330MPa、318MPa、341MPa,与之相对应的断后伸长率分别为4.4%、5.2%、4.7%、5.8%;基体合金A356的高温Rm为207MPa,其对应的断后伸长率为9.2%,氟盐法、合金法所得5wt%TiB2/A356、5wt%（TiB2+ZrB2）/A356在150℃下的抗拉强度依次为239MPa、254MPa、249MPa、267MPa,与之相对应的断后伸长率为3.8%、6.0%、3.2%、4.9%;所对应的拉伸断口均呈现韧脆混合断裂特征。（TiB2+ZrB2）/A356复合材料室温下拉压高周疲劳实验表明:对S-N曲线进行拟合得到应力幅值与循环寿命的函数关系式S=76.29+3389.3e-0.72lg Nf,确定出该材料的疲劳极限强度为105MPa,相较于基体A356合金的疲劳强度90MPa提高了16.7%。通过对疲劳断口分析得出,高加载应力的裂纹扩展速率比低加载应力的裂纹扩展速率快,高加载应力试样裂纹优先使得脆性相开裂,而低加载应力试样裂纹优先在界面处开裂。而原位颗粒会通过抑制位错运动和细化组织的方式,对裂纹扩展速率减缓,从而使得复合材料的疲劳寿命得到延长。
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