(B4Cp+SiCw)/ZK60镁基复合材料高温变形行为研究

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本文采用液态浸渍法成功制备了铸态(B4Cp+SiCw)/ZK60复合材料,对复合材料与基体合金进行了不同变形温度与应变速率条件下的高温压缩试验,并研究了其高温压缩变形行为。阐述了高温压缩工艺对复合材料与基体合金高温压缩行为的影响规律,采用峰值应力拟合构建了本构方程。绘制出复合材料与合金的加工图,确定了最佳热加工区,并在此热加工工艺条件下对复合材料与合金进行热挤压变形,对挤压变形后的材料进行力学性能测试,对比分析了两者在热挤压变形时的微观组织变化规律。对挤压态复合材料与基体合金进行了固溶时效处理,探究了增强相的加入对复合材料时效析出行为及性能的影响,同时结合析出相形貌分析,确定了适合(B4Cp+SiCw)/ZK60复合材料的热处理工艺。铸态(B4Cp+SiCw)/ZK60复合材料与ZK60基体合金的高温压缩行为的研究结果表明:变形温度的上升或应变速率的下降均会引起材料流变应力的下降。复合材料与基体合金的高温压缩变形受热激活控制,其流变行为可通过含有Z参数的双曲正弦函数来表示。在相同变形温度与应变速率条件下,通过峰值应力计算得到的复合材料变形激活能要高于基体合金的变形激活能,且两者均大于纯镁的自扩散激活能,说明两种材料在高温压缩时发生了动态再结晶。(B4Cp+SiCw)/ZK60复合材料的加工图表明,其最佳的热加工区域是变形温度为350-400℃、应变速率为10-1-1s-1。采用通过加工图确定的热加工工艺参数,成功挤出表面质量良好的复合材料与合金棒材,验证了加工图的有效性与正确性。热挤压使得复合材料中B4Cp与SiCw沿着挤压方向定向分布。B4Cp与SiCw的加入能够提供更多的非均质形核处,有利于动态再结晶的发生,同时能够抑制晶粒的长大,致使复合材料的晶粒尺寸小于ZK60合金。与挤压态ZK60合金相比,挤压态复合材料的弹性模量、屈服强度和拉伸强度分别提高了98.8%、19.7%和36.4%。时效硬化曲线表明,ZK60合金的时效经历了欠时效、峰时效与过时效三个阶段,呈现一定的时效硬化规律。而复合材料的时效硬化曲线随时效时间的增加并无规律性的变化,无明显的时效峰存在。结合硬度分析与析出相形貌观察,400℃,8h固溶+170℃,2h时效的热处理工艺制度是复合材料较为合适的热处理工艺制度。
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