往复墩-挤Al2O3/2024铝基复合材料的变形机制、组织结构演变规律及强韧化机理研究

Plastic deformation is the requisite forming technology for the practical application of non-continuous reinforced aluminium matrix composites. But during the normal deformation, The reinforced particles were distributed along the direction of the metal plastic flowing, resulting in the poor property. Severe plastic deformation technique has the ability to produce exceptional structure refinement. The grains and the second phase during SPD are effectively refined, and the refined second phases are uniformly distributed in the matrix, improving the strength and the ductility. In the present project, Al2O3/2024 aluminium matrix composites were deformed by a modified repeated upsetting and extrusion (RUE) process. The deformation mechanisms, the evolution law of the microstructure and tensile properties during multi-pass RUE process was studied, the strengthening mechanism of RUE processed composite was indicated. The purpose of this investigation lies in providing a theoretical guidance for the industrial preparation of high-performance Al2O3/2024 aluminum matrix composite with uniform particle reinforcement distribution and fined-grain microstructure.

非连续增强铝基复合材料作为轻量化结构材料广泛应用于航空航天、交通运输等工业领域。塑性变形是非连续增强铝基复合材料的重要成形技术，但在常规的塑性变形过程中，铝基复合材料中的颗粒增强相往往呈条带状分布，致使材料力学性能降低。金属材料大塑性变形技术具有强烈的组织细化能力，可以有效地细化晶粒和第二相，使它们在基体中均匀分布，显著提高材料强度和塑性。本项目拟采用往复镦-挤技术对Al2O3/2024铝基复合材料进行大塑性变形，研究该材料往复镦-挤的变形机制、多道次往复墩-挤复合材料组织结构演变规律及其对力学性能的影响，揭示Al2O3/2024铝基复合材料往复镦-挤变形的强化韧化机理，为利用往复镦-挤变形技术改善颗粒强相分布的均匀性，消除颗粒增强相的条带状分布，获得均匀的细晶组织，制备先进高性能Al2O3/2024铝基复合材料提供理论基础。

颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量、热膨胀系数小，良好的耐高温性和耐磨性、作为轻量化结构材料广泛的应用于航空航天、交通运输等领域。但铝基复合材料存在塑性成形性差，且在常规的塑性变形过程中，增强相往往呈条带状分布，使材料力学性能降低。项目拟采用往复镦-挤工艺对Al2O3/2024铝基复合材料进行大塑性变形，研究复合材料往复镦-挤变形行为、多道次往复墩-挤复合材料组织结构演变及其对力学性能的影响规律，揭示复合材料往复镦-挤变形的强韧化机理，旨在利用往复镦-挤变形工艺改善颗粒强相分布的均匀性，获得均匀的细晶组织，提高铝基复合材料的综合力学性能。.经350℃往复镦-挤变形6道次后，2024铝基体平均晶粒尺寸约为5μm。T6态往复镦-挤变形1道次复合材料的抗拉强度为492MPa，屈服强度为391MPa；随着变形道次的增加，复合材料塑性逐渐改善。初始态复合材料的延伸率仅为8.5%；往复镦-挤变形5道次复合材料延伸率增至13.5%。.往复镦-挤变形消除了搅拌铸造SiCp /2024制备所产生的内部疏松、孔洞等缺陷，细化了SiCp/2024铝基复合材料基体组织，消除了复合材料中SiC颗粒偏聚现象，改善了SiC颗粒分布均匀性。往复镦-挤第3道次后复合材料经过490℃/30min+165℃/16h热处理后，抗拉强度和屈服强度分别为404MPa和321Mpa。.项目的科学意义在于利用往复镦-挤工艺，Al2O3/2024及SiCp/Al复合材料在循环往复的墩粗、挤压变形过程中，其流场、应力场、应变场造成的剪切变形可使材料减少或消除条带状组织，变形后的组织更加均匀，不但能达到大塑性变形技术具有的组织结构细化能力，提高材料的强韧性，更重要的是能够消除铝基复合材料传统塑性变形中产生的条带状组织，进一步提高铝基复合材料的综合力学性能。研究结果将为大塑性变形制备超细晶、增强相均匀分布的铝基复合材料开辟新途径。