本文關鍵詞：原位顆粒增強A357基復合材料的制備及高溫蠕變性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：A357鋁合金作為一種典型的鑄造鋁合金,具有優(yōu)良的鑄造性能,廣泛用于汽車、航空、軍事等領域。但是,鋁合金在高溫下的強度低、抗蠕變性能差、服役壽命短等限制了其在高溫、高應力等惡劣環(huán)境中的應用。在鋁合金中引入彌散的增強相,是提高合金高溫強度與抗蠕變性能的重要途徑。本課題采用原位合成方法制備原位顆粒增強A357基復合材料,研究其微觀組織結(jié)構(gòu)、常溫力學性能與高溫蠕變性能。本研究對比了A357-Na_2B_4O_7-K_2ZrF_6與A357-KBF_4-K_2ZrF_6兩種反應體系合成的顆粒增強A357基復合材料。通過OM、XRD、SEM、TEM等材料分析手段,研究了兩種反應體系合成復合材料的相組成、凝固組織及增強體顆粒的特征。試驗結(jié)果表明:施加磁場頻率為5Hz,電流為150A,磁場強度為0.023T,兩種體系均能合成增強體顆粒;A357-Na_2B_4O_7-K_2ZrF_6體系合成原位二元顆粒,為Al3Zr與ZrB2。增強體體積分數(shù)較低時,原位合成增強顆粒為長條狀Al3Zr,尺寸為10~40μm。增強體體積分數(shù)增長至2%,ZrB2增強顆粒開始形成但數(shù)量很少,尺寸為0.5~1μm;A357-KBF4-K2Zr F6體系合成原位ZrB2增強顆粒,尺寸為100nm,部分顆粒尺寸可達50nm。且原位合成的納米級Zr B2增強顆�？勺鳛楫愘|(zhì)核心,細化基體材料晶粒;此外,施加磁場頻率增大為14Hz,電流為150A,磁場強度為0.064T,A357-Na_2B_4O_7-K_2ZrF_6體系合成復合材料的ZrB2增強體數(shù)量增多,尺寸減小為200~300nm,Al3Zr顆粒數(shù)量減少,且尺寸減至10μm左右;A357-KBF_4-K_2ZrF_6體系合成ZrB2增強顆粒分布于材料中的均勻性提高。室溫力學性能測試表明:磁場強度為0.023T,A357-Na_2B_4O_7-K_2ZrF_6體系合成原位(Al_3Zr+ZrB_2)p/A357基復合材料抗拉強度隨顆粒體積分數(shù)的增長呈現(xiàn)上升趨勢,顆粒體積分數(shù)為2%時,復合材料抗拉強度達到280MPa,為基體的1.04倍;A357-KBF_4-K_2ZrF_6體系合成原位ZrB2np/A357基復合材料的抗拉強度隨著原位顆粒體積分數(shù)的增加而上升,顆粒體積分數(shù)為2%時,發(fā)現(xiàn)抗拉強度為325MPa,是基體合金的1.24倍;磁場強度提高至0.064T,原位(Al3Zr+Zr B2)p/A357基復合材料與ZrB2np/A357基復合材料抗拉強度均有所提高,顆粒體積分數(shù)為2%,兩種復合材料抗拉強度分別達到298MPa與347MPa,為基體的1.14倍與1.32倍。高溫蠕變性能測試表明:材料所含增強體顆粒體積分數(shù)、試驗溫度與外加應力均能影響原位ZrB2np/A357基復合材料的蠕變性能,隨著原位顆粒體積分數(shù)增加,復合材料的蠕變速率由7.27×10-6s-1減小至1.29×10-7s-1,表觀應力指數(shù)n由6.01增長為14.96,蠕變激活能從93KJ/mol提高至152KJ/mol;蠕變試驗溫度或外加應力提高,復合材料的穩(wěn)態(tài)蠕變速率均增長;將復合材料的穩(wěn)態(tài)速率與外加應力的對數(shù)進行線性回歸,發(fā)現(xiàn)復合材料真應力指數(shù)為5,表明蠕變由位錯攀移控制,而蠕變變形機制為第二相粒子增強機制,且溫度從523K升高至573K時,門檻應力由15.57MPa下降至1.84MPa;蠕變斷口表明,原位ZrB2np/A357基復合材料的蠕變斷裂方式為韌性斷裂。
【關鍵詞】：顆粒增強A357基復合材料 原位合成 電磁場 力學性能 高溫蠕變性能
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 選題意義11-12
• 1.2 原位顆粒增強鋁基復合材料的研究進展12-15
• 1.2.1 原位顆粒增強鋁基復合材料的制備技術(shù)12-13
• 1.2.2 原位納米顆粒增強鋁基復合材料的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 電磁場在原位顆粒增強鋁基復合材料中的應用15
• 1.4 顆粒增強鋁基復合材料的高溫蠕變行為15-20
• 1.4.1 顆粒增強鋁基復合材料高溫蠕變的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4.2 顆粒增強鋁基復合材料高溫蠕變機制18-20
• 1.5 本課題主要研究內(nèi)容20-21
• 第二章 原位反應體系的設計與實驗方法21-28
• 2.1 基體的選擇21
• 2.2 反應體系的設計21
• 2.3 增強體的選擇21-22
• 2.4 復合材料的制備與加工工藝22-23
• 2.5 復合材料組織結(jié)構(gòu)表征23-26
• 2.5.1 金相顯微組織觀察23-24
• 2.5.2 X射線衍射物相分析（XRD）24
• 2.5.3 掃描電子顯微鏡（SEM）與能譜分析（EDS）24-25
• 2.5.4 透射電子顯微鏡（TEM）25-26
• 2.5.5 復合材料常溫力學性能測試26
• 2.6 高溫蠕變實驗26-28
• 2.6.1 測試實驗設備26-27
• 2.6.2 蠕變試樣的制備27-28
• 第三章 原位顆粒增強A357基復合材料的制備及組織結(jié)構(gòu)28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 A357-Na_2B_4O_7-K_2ZrF_6反應體系合成復合材料的制備及微觀結(jié)構(gòu)28-31
• 3.3 A357-KBF_4-K_2ZrF_6反應體系合成復合材料的制備及微觀結(jié)構(gòu)31-35
• 3.4 A357-Na_2B_4O_7-K_2ZrF_6與A357-KBF_4-K_2ZrF_6體系合成的復合材料對比35-37
• 3.5 電磁場對原位顆粒增強鋁基復合材料組織的影響37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-41
• 第四章 原位顆粒增強A357基復合材料的室溫力學性能分析41-51
• 4.1 引言41
• 4.2 (Al_3Zr+ZrB_2)_p/A357基復合材料的室溫力學性能41-42
• 4.3 ZrB_(2np)/A357基復合材料的室溫力學性能42-44
• 4.4 電磁場對原位顆粒增強A357基復合材料室溫力學性能的影響44-47
• 4.4.1 電磁場對(Al_3Zr+ZrB_2)_p/A357基復合材料室溫力學性能的影響44-46
• 4.4.2 電磁場對ZrB_(2np)/A357基復合材料室溫力學性能的影響46-47
• 4.5 復合材料的強化機制分析47-49
• 4.6 本章小結(jié)49-51
• 第五章 原位ZrB_(2np)/A357基復合材料的蠕變行為及抗蠕變機制51-60
• 5.1 引言51
• 5.2 原位ZrB_(2np)/A357基復合材料的蠕變性能分析51-52
• 5.3 原位ZrB_(2np)/A357基復合材料不同應力下的蠕變行為52
• 5.4 原位ZrB_(2np)/A357基復合材料不同溫度下的蠕變行為52-54
• 5.5 原位ZrB_(2np)/A357基復合材料的抗蠕變性能54
• 5.6 原位ZrB_(2np)/A357基復合材料的表觀應力指與蠕變激活能54-56
• 5.6.1 原位ZrB_(2np)/A357基復合材料的表觀應力指數(shù)55-56
• 5.6.2 原位ZrB_(2np)/A357基復合材料的蠕變激活能56
• 5.7 蠕變門檻應力56-57
• 5.8 高溫蠕變斷口分析57-58
• 5.9 本章小結(jié)58-60
• 第六章 結(jié)論60-62
• 參考文獻62-67
• 致謝67-68
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文68

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本文編號：456516