發(fā)布時(shí)間：2017-08-28 07:28

  本文關(guān)鍵詞：2024Sc鋁合金及其短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組織及性能研究

  更多相關(guān)文章： 碳纖維鋁基復(fù)合材料 熱處理 力學(xué)性能 微屈服強(qiáng)度 尺寸穩(wěn)定性

【摘要】：本文以含鈧2024合金為基礎(chǔ),采用熔配法制備2024Sc合金和2mm和3mm的2%wt.短碳纖維增強(qiáng)含鈧2024鋁基復(fù)合材料。利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡技術(shù)分析了材料微觀組織和斷口形貌,采用EDS能譜分析技術(shù)進(jìn)行了物相分析。材料的密度、致密性分別利用阿基米德原理、油浸試驗(yàn)進(jìn)行了分析,并與理論密度進(jìn)行了對比;采用拉伸試驗(yàn)、加載-卸載試驗(yàn)測量了三種材料在不同時(shí)效狀態(tài)下的常規(guī)力學(xué)性能和微屈服性能,并采用開口圓環(huán)開口變化對比分析了材料的尺寸穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn):(1)2024Sc鋁合金及其2mm和3mm短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鑄態(tài)組織均由深灰色α-Al基體及α-Al基體晶界及碳纖維周圍網(wǎng)狀分布的白色的含Cu、Mg元素及少量Sc、Zr、Mn、O等元素的Al_2CuMg、Al_2Cu、Al_3(Sc,Zr)組成。材料經(jīng)擠壓后,晶粒被拉長,白色第二相沿著晶粒呈不連續(xù)分布,碳纖維由鑄態(tài)的無規(guī)則分布趨于平行于擠壓方向分布。(2)含鈧2024鋁及其2mm/3mm短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鑄態(tài)均具有較高的孔隙率、吸油率,經(jīng)擠壓后,密度、致密性提升,孔隙率分別降低了57.2%、50.6%、66.3%;碳纖維加入后,材料密度降低,孔隙率、吸油率增大,致密性下降,且相比于3mmCf增強(qiáng)含鈧2024鋁基復(fù)合材料,2mmCf增強(qiáng)含鈧2024鋁基復(fù)合材料孔隙率、吸油率更高,致密性較低。(3)對三種材料進(jìn)行500℃/4h固溶、130℃/3h+200℃/(5h,10h,15h)時(shí)效處理研究發(fā)現(xiàn):隨著時(shí)效的進(jìn)行,2024Sc鋁合金及其2mm/3mm短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量均先增大后減小,延伸率先減小后增大;相較于基體合金,碳纖維加入后,復(fù)合材料屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率均有所下降,彈性模量增大。但是,在拉伸過程中,碳纖維存在斷裂、拔出等現(xiàn)象,導(dǎo)致材料提前失效斷裂。相比于2mm短碳纖維增強(qiáng)2024Sc復(fù)合材料,3mm短碳纖維增強(qiáng)2024Sc鋁合金具有更高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量,分別達(dá)到了315MPa、465MPa、82.3GPa,分別較2mm短碳纖維增強(qiáng)2024Sc鋁合金提高了5.9%,1.8%,3.3%。(4)含鈧2024鋁及其2mm/3mm短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料微屈服強(qiáng)度隨著時(shí)效時(shí)間的延長先增加后降低,在峰值時(shí)效時(shí)材料具有最高的微屈服強(qiáng)度,分別達(dá)到294.5MPa、256MPa、276MPa。微屈服階段的加工硬化率先增大后減小,均遠(yuǎn)高于宏觀屈服初期的加工硬化率。加入碳纖維后,由于材料內(nèi)部缺陷增加,材料的微屈服強(qiáng)度降低。相比于2mm短碳纖維,3mm短碳纖維增強(qiáng)含鈧2024鋁基復(fù)合材料微屈服強(qiáng)度提高了7.8%。(5)2024Sc鋁合金及短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓環(huán)經(jīng)495℃/4h固溶,130℃/3h預(yù)時(shí)效,200℃進(jìn)行10h峰時(shí)效處理后,2024Sc合金的圓環(huán)開口后具有最大的瞬時(shí)開口尺寸變化,加入碳纖維后圓環(huán)開口尺寸明顯下降,特別是添加2mm長度的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,具有最小的瞬時(shí)開口變化尺寸。三種材料圓環(huán)開口間隙尺寸隨著時(shí)間的延長相較于瞬時(shí)開口尺寸稍有增大然后逐漸趨于穩(wěn)定,這與材料中存在的較高內(nèi)應(yīng)力及其應(yīng)力釋放有關(guān);碳纖維的加入是有利于材料尺寸穩(wěn)定性的改善。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維鋁基復(fù)合材料 熱處理 力學(xué)性能 微屈服強(qiáng)度 尺寸穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-26
• 1.1 Al-Cu-Mg系鋁合金11-18
• 1.1.1 Al-Cu-Mg合金相及組成11-12
• 1.1.2 Al-Cu-Mg合金微合金化元素影響12-16
• 1.1.2.1 Mn的影響12-13
• 1.1.2.2 Sc、Zr的影響13-14
• 1.1.2.3 Ag的影響14-15
• 1.1.2.4 Zn的影響15
• 1.1.2.5 Ti、Yb、Er的影響15-16
• 1.1.2.6 Y、Cr的影響16
• 1.1.3 Al-Cu-Mg合金熱處理工藝16-18
• 1.1.3.1 均勻化退火16-17
• 1.1.3.2 固溶17-18
• 1.2 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料18-20
• 1.2.1 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備工藝18-19
• 1.2.2 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料強(qiáng)化機(jī)制19
• 1.2.3 碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料性能影響因素19-20
• 1.3 材料尺寸穩(wěn)定性的影響因素及評價(jià)方法20-24
• 1.3.1 彈性模量的影響20-21
• 1.3.2 熱脹系數(shù)的影響21-22
• 1.3.3 位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的影響（冷處理）22
• 1.3.4 微屈服強(qiáng)度的影響22-23
• 1.3.5 尺寸穩(wěn)定性的表征——開口圓環(huán)23-24
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容24-25
• 1.5 技術(shù)路線25-26
• 2 材料制備及試驗(yàn)方法26-34
• 2.1 試驗(yàn)材料26-27
• 2.2 材料制備27-30
• 2.2.1 碳纖維鍍銅27-29
• 2.2.2 2024Sc鋁合金熔鑄29
• 2.2.3 短碳纖維增強(qiáng) 2024Sc鋁合金復(fù)合材料熔鑄29-30
• 2.3 鑄錠后續(xù)處理30
• 2.4 制備材料性能測試方法30-34
• 2.4.1 成分測量30
• 2.4.2 材料組織觀察分析30
• 2.4.3 密度測量30
• 2.4.4 孔隙率計(jì)算30-31
• 2.4.5 致密性測量31
• 2.4.6 常規(guī)力學(xué)性能測量31
• 2.4.7 微屈服性能測量31-32
• 2.4.8 尺寸穩(wěn)定性—環(huán)形開口測量32-34
• 3 2024Sc鋁合金及其短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的微觀組織與物理性能研究34-51
• 3.1 材料成分34
• 3.2 材料顯微組織34-46
• 3.2.1 2024Sc鋁合金微觀組織34-40
• 3.2.2 2mm/3mm短碳纖維增強(qiáng)含鈧2024鋁基復(fù)合材料微觀組織40-46
• 3.3 材料密度46-47
• 3.4 材料致密性-吸油率47-48
• 3.5 材料致密性-孔隙率48-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 4 2024Sc鋁合金及其短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的常規(guī)力學(xué)性能研究51-61
• 4.1 時(shí)效狀態(tài)對2024Sc鋁合金及其短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料常規(guī)力學(xué)性能影響51-55
• 4.2 碳纖維及碳纖維長度對2024Sc鋁合金及其短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料常規(guī)力學(xué)性能55-60
• 4.3 本章小結(jié)60-61
• 5 2024Sc鋁合金及其短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性研究61-69
• 5.1 2024Sc鋁合金及短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料微屈服行為及性能研究61-66
• 5.1.1 材料微屈服規(guī)律61-64
• 5.1.2 時(shí)效狀態(tài)、碳纖維及纖維長度對材料微屈服強(qiáng)度的影響64-66
• 5.2 2024Sc鋁合金及短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性能研究66-68
• 5.3 本章小結(jié)68-69
• 6 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 個(gè)人簡介76-77
• 致謝77

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本文編號：747505