【摘要】：為了充分挖掘高熱穩(wěn)定性鋁化物Al3X(X=Ni、Zr、V)的高溫強(qiáng)化效果,細(xì)化強(qiáng)化相尺寸及獲得高體積分?jǐn)?shù)的強(qiáng)化相,本文以傳統(tǒng)鑄造Al-Si-V合金、Al-Mg-Mn-V合金為基體,加入過渡族金屬元素Ni粉和K2ZrF6鹽,采用機(jī)械攪拌熔體原位反應(yīng)法制備Al3Ni/Al-Si-V、Al3Ni/Al-Mg-Mn-V及Al3Zr/Al-Ni-Mg-Mn-V復(fù)合材料,期望通過生成Al3Ni、Al3Zr等高溫強(qiáng)化相來提高復(fù)合材料的耐熱性能。利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡/能譜儀(SEM/EDS)一體化設(shè)備、萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)等檢測(cè)設(shè)備研究了三種復(fù)合材料的顯微組織和室溫及高溫力學(xué)性能。主要研究結(jié)果如下:(1)Al3Ni/Al-8Si-0.8V復(fù)合材料微觀組織表明,根據(jù)加入Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同,Al3Ni分別呈不規(guī)則顆粒狀、針狀、細(xì)小的四方形塊狀和圓形塊狀。隨Ni含量的增加,復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度下降,屈服強(qiáng)度提高。Ni含量為3%時(shí),復(fù)合材料綜合力學(xué)性能最好。退火不利于復(fù)合材料強(qiáng)度的提高。加入Al-5Ti-lB中間合金細(xì)化劑可使針狀共晶硅的長徑比減小,5%Ni所制備的Al3Ni/Al-8Si-0.8V復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度比不加細(xì)化劑時(shí)提高了9.5%。經(jīng)T6熱處理后,Al3Ni相在基體中的分布變得均勻,5%Ni復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能比鑄態(tài)時(shí)有所提高。加入3%Ni所制備的Al3Ni/Al-8Si-0.8V復(fù)合材料200 ℃和300 ℃時(shí)的高溫抗拉強(qiáng)度分別為143 MPa和138 MPa,屈服強(qiáng)度分別為89 MPa和78 MPa,斷后伸長率分別為8.30%和5.24%。拉伸斷口分析表明:復(fù)合材料在室溫下以解理斷裂機(jī)制為主,高溫下可觀察到大量的韌窩和撕裂棱,呈明顯韌性斷裂。(2)Al3Ni/Al-Mg-Mn-V 復(fù)合材料主要由α-Al 相、Al3Ni 相和 Al10V 相組成,其中Al10V相多以粗大的規(guī)則塊狀存在于基體中,對(duì)合金力學(xué)性能不利。Al3Ni相具有較高的耐熱穩(wěn)定性,能有效提高合金的高溫抗拉強(qiáng)度。較高的熔煉溫度有助于生成大量的Al3Ni相,抑制α-Al生長,提高復(fù)合材料強(qiáng)度。Al-5Ti-1B中間合金細(xì)化劑宜在澆鑄前加入。加入5%Ni所制備的Al3Ni/Al-lMg-0.8Mn-0.8V復(fù)合材料室溫抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為211MPa和107MPa,200 ℃時(shí)的高溫抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為210 MPa和112MPa,其抗拉強(qiáng)度僅比室溫時(shí)降低了 0.5%;300 ℃下的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為170 MPa和85 MPa。拉伸斷口分析表明,室溫、200℃及300℃的拉伸斷面由冰糖狀沿晶斷裂面和撕裂棱組成,呈韌脆混合型斷裂,但在350 ℃高溫下,斷口處形成了大量韌窩,是典型的韌性斷裂。(3)研究了機(jī)械攪拌對(duì)原位制備的Al3Zr/Al-xNi-1Mg-0.8Mn-0.8V復(fù)合材料的組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,Al3Zr顆粒的形狀對(duì)反應(yīng)溫度非常敏感,當(dāng)在720 ℃時(shí)以600 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5 min時(shí),材料的整體性能最好。Al3Zr增強(qiáng)相含量2%時(shí),復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度最高,達(dá)到189 MPa。Al3Zr/Al-xNi-lMg-0.8Mn-0.8V復(fù)合材料的微觀組織形態(tài)隨Ni含量的變化而呈現(xiàn)多樣性。Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.7%和6.5%時(shí),復(fù)合材料的室溫抗拉強(qiáng)度接近200 MPa,前者在200 ℃和300 ℃的高溫抗拉強(qiáng)度分別為175MPa和166MPa,而后者200 ℃和300 ℃的高溫抗拉強(qiáng)度分別為191 MPa和155 MPa。復(fù)合材料的室溫、200℃及300℃微觀斷裂機(jī)制為沿晶斷裂、解理斷裂及局部的微孔聚合剪切斷裂,而350℃時(shí)呈韌性斷裂。(4)350 ℃高溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明,Al3Ni/Al-Mg-Mn-V復(fù)合材料和Al3Zr/Al-Ni-Mg-Mn-V復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線均具有穩(wěn)態(tài)蠕變階段和加速蠕變階段,表現(xiàn)出一定的耐熱性和抗蠕變性能。
【圖文】：

圖２－２邋（ａ）攪拌器形狀及尺寸，（ｂ）攪拌截面圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋ｓｈａｐｅ邋ａｎｄ邋ｓｉｚｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｉｒｒｅｒ，邋（ｂ）邋ｓｅｃｔｉｏｎａｌ邋ｖｉｅｗ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｉｒ逡逑的鋁以調(diào)整熔體溫度，使其在７８０邋°Ｃ左右。爐料全部熔化后，當(dāng)合金液溫度到６９０７４０邋°Ｃ時(shí)，用鐘罩將精煉劑壓入合金液內(nèi)，距離坩堝底部１０？１５邋ｍｍ處，緩慢均勻動(dòng)，直到反應(yīng)停止后，取出鐘罩。精煉后，靜置５￣１０邋ｍｉｎ，然后去除合金液表面的渣，加入５％Ａｌ－５Ｔｉ－ｌＢ晶粒細(xì)化劑，澆注到永久性鋼模中，制備出Ａｌ３Ｎｉ／Ａｌ－８Ｓｉ－０．復(fù)合材料、加入Ａｌ－５Ｔｉ－〗Ｂ細(xì)化劑的ＡｈＮｉ／Ａｌ－８Ｓｉ－０．８Ｖ復(fù)合材料。逡逑使用箱式電阻爐進(jìn)行退火處理，當(dāng)溫度達(dá)到３００邋°Ｃ時(shí)放入所制備Ａｌ３Ｎｉ／Ａｌ－８Ｓｉ－０．８Ｖ復(fù)合材料，保溫２ｈ；保溫結(jié)束后隨爐冷卻。使用箱式電阻爐對(duì)經(jīng)Ａｌ－５Ｔｉ－ｌＢ細(xì)化的Ａｌ３Ｎｉ／Ａｌ－８Ｓｉ－０．８Ｖ復(fù)合材料進(jìn)行固溶和時(shí)效熱處理：５３０邋°Ｃ邋Ｘｈ＋６０邋°Ｃ水淬＋１６０邋°ＣＸ４ｈ，時(shí)效結(jié)束后取出試樣空冷。逡逑２．３．２邋ＡｂＮｉ／Ａｌ－Ｍｇ－Ｍｎ邋－Ｖ邋的制備逡逑把鋁錠加入感應(yīng)爐的石墨坩堝中，進(jìn)行熔化；待鋁基本熔化后，在熔體表面覆一°

邐合金化與康位反應(yīng)制備eu熱結(jié)基復(fù)合材料的組織及性能研究逡逑■邋ＩＩ逡逑１０．００逡逑圖２－１澆鑄模具形狀及尺寸（單位：毫米）逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃａｓｔｉｎｇ邋ｍｏｕｌｄ邋（ｕｎｉｔ：邋ｍｍ）逡逑吟邐邐邋ｃｒｕｃｉｂｌｅ逡逑圖２－２邋（ａ）攪拌器形狀及尺寸，（ｂ）攪拌截面圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋ｓｈａｐｅ邋ａｎｄ邋ｓｉｚｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｉｒｒｅｒ，邋（ｂ）邋ｓｅｃｔｉｏｎａｌ邋ｖｉｅｗ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｉｒ逡逑的鋁以調(diào)整熔體溫度，使其在７８０邋°Ｃ左右。爐料全部熔化后，當(dāng)合金液溫度到６９０？逡逑７４０邋°Ｃ時(shí)，用鐘罩將精煉劑壓入合金液內(nèi)，，距離坩堝底部１０？１５邋ｍｍ處，緩慢均勻轉(zhuǎn)逡逑動(dòng)，直到反應(yīng)停止后，取出鐘罩。精煉后，靜置５￣１０邋ｍｉｎ，然后去除合金液表面的熔逡逑渣，加入５％Ａｌ－５Ｔｉ－ｌＢ晶粒細(xì)化劑，澆注到永久性鋼模中，制備出Ａｌ３Ｎｉ／Ａｌ－８Ｓｉ－０．８Ｖ逡逑復(fù)合材料、加入Ａｌ－５Ｔｉ－〗Ｂ細(xì)化劑的ＡｈＮｉ／Ａｌ－８Ｓｉ－０．８Ｖ復(fù)合材料。逡逑使用箱式電阻爐進(jìn)行退火處理，當(dāng)溫度達(dá)到３００邋°Ｃ時(shí)放入所制備的逡逑Ａｌ３Ｎｉ／Ａｌ－８Ｓｉ－０．８Ｖ復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2594467