搅拌摩擦加工制备铝基复合材料组织性能研究

【摘要】搅拌摩擦加工(FSP)是美国密苏里大学的Mishra等人在搅拌摩擦焊接基础上发展出的一种全新的金属固态加工技术。本文采用搅拌摩擦加工方法以铸铝合金ZL101为金属基体,SiC颗粒为增强相制备铝基复合材料,主要研究了搅拌头旋转速度、加工速度、加工道次及开槽深度和宽度对加工区内增强相颗粒分布及微观组织的影响,分析归纳总结搅拌摩擦加工参数对增强相颗粒分布及加工区组织形态的影响规律。在此基础上对制备出的铝基复合材料进行力学性能测试,研究制备工艺参数对复合材料硬度和抗拉强度的影响,结合扫描电镜对复合材料的微观组织、断口形貌进行综合分析,探讨复合材料的断裂机制。主要研究结果如下：采用搅拌摩擦加工技术可以成功制备出SiC颗粒增强铝基复合材料。本实验条件下,旋转速度为800r/min、加工速度为50mm/min时,4道次搅拌摩擦加工后可以获得成形良好,SiC颗粒分布均匀的铝基复合材料。复合材料显微硬度明显提高,抗拉强度降低,搅拌摩擦区的显微硬度平均值为68HV,为基体显微硬度(45HV)的1.5倍；抗拉强度降低为176MPa,为基体金属的81%。旋转速度和加工速度的提高一定程度上有利于降低SiC颗粒的漩涡状团聚,促进加工区组织的均匀性；旋转速度过高,会造成加工区组织晶粒长大,加工速度过高会造成加工区组织的疏松；复合材料的硬度和抗拉强度随旋转速度、加工速度的增大而减小；搅拌摩擦加工开槽的深度太浅、宽度太窄容易获得SiC颗粒分布均匀的搅拌摩擦中心区,但搅拌摩擦轴肩区和搅拌摩擦边界区SiC颗粒分布较少；开槽的深度和宽度增加,可以提高加工区组织的整体硬度,但过深或过宽容易造成SiC颗粒在搅拌摩擦中心区的团聚；随着加工道次的增加,SiC颗粒在加工区组织的团聚状态由近似于漩涡状改变为层带状,并向线状过渡呈现出分散的特征,经4道次加工后加工区结构组织的均匀性得到明显改善；复合材料的硬度和强度随搅拌摩擦加工次数的增加而增大,且显微硬度值波动范围减小。添加SiC颗粒1道次搅拌摩擦加工拉伸试样断裂为混合型断裂,脆性断裂明显。4道次搅拌摩擦加工复合材料拉伸试样断口具有典型的韧窝特征,总体表现为韧性断裂,断裂机制包含金属基体的韧性断裂以及SiC颗粒与基体结合界面的撕裂。
【作者】温雨；
【导师】金玉花；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】搅拌摩擦加工；铝基复合材料；显微组织；显微硬度；力学性能；

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