SiCp/Al复合材料小角度晶界与界面特性演变机理及与强韧性耦合机制研究

Due to the advantages of high strength, stiffness and wear resistance, SiCp/Alcomposite shows an attractive application prospects inaerospace and automobile industry. However, its application value is reduced for the defect of lower ductility. So, the present investigations will combine the spray deposition technology with ECAP to prepare a SiCp/Al composite with high strength, excellent plasticity and well toughness, and center on the problem of the evolution mechanism of small angle grain boundary and interfacial characteristics for SiCp/Al composite and their efects on obdurability, several important sites will be investigated such as formation and evolution mechanism of mall angle grain boundary, evolution mechanism of interfacial characteristics between SiC and Al, fracture and movement mechanism of SiC during ECAP, and the effects of small angle grain boundary and interfacial characteristics on obdurability of obdurability composite. Based on these results, I believe it can provide more references on summarizing the evolution mechanism of small angle grain boundary and interfacial characteristics during ECAP of SiCp/Al composite, and understanding their contributions on obdurability. Furthermore, it can help us to solve the problem of low plastic and toughness of SiCp/Al composite. At the same time, it can also develop the technology and theory of severe plastic deformation deformation of aluminum matrix composite.

SiCp/Al复合材料具有比强度、比刚度高，耐磨性好等优点，在航空，汽车等领域应用前景广阔，但塑性低的问题限制了其实际应用价值。本项目将喷射沉积快速凝固与等径角挤压大塑性变形技术相结合制备高强高韧SiCp/Al复合材料，针对大塑性变形过程中"SiCp/Al复合材料小角度晶界、界面特性演变机理及与强韧性耦合机制"这一科学问题，通过对SiCp/Al复合材料等径角挤压过程中小角度晶界形成与演变机理、SiC-Al界面特性演变机理、SiC颗粒断裂与运动机理、小角度晶界与界面等微观结构特征对复合材料强韧性影响机理的研究，旨在揭示等径角挤压过程中SiCp/Al复合材料小角度晶界与SiC-Al界面微观特性演变机制及其对SiCp/Al复合材料强韧性协同作用机制，制备出高强高韧的超细晶SiCp/Al块材。该研究有利于进一步完善和发展铝基复合材料大塑性变形强韧化机理。

SiCp/Al复合材料在航空，汽车等领域应用前景广阔，但塑性低的问题限制了其实际应用价值。本项目采用喷射沉积技术制备SiCp/7xxxAl复合材料，并对其进行热挤压与等径角挤压等塑性变形，研究塑性变形过程中微观结构演变规律及其对复合材料强韧性影响机理。.本项目研究了SiCp/7xxxAl复合材料的热压缩流变行为与基于应变补偿的本构模型，热压缩温度为300~500℃，应变速率为0.0001s-1 ~ 0.01s-1。将本构模型的计算值和实验值对比得最大平均误差为9.59％，能够精确描述SiCp/7xxxAl复合材料的热压缩流变应力行为，为优化复合材料高温塑性成形工艺提供了数据基础和理论依据。基于动态材料模型的热加工图的理论基础建立SiCp/7xxxAl复合材料的热加工图，通过热加工图得到最适合复合材料热加工的温度范围为400℃-475℃，应变速率范围为0.0001s-1-0.001s-1。开展了SiCp/7xxxAl复合材料挤压变形行为及热处理制度研究，挤压态SiCp/7xxxAl复合材料的基体合金中存在大量短棒状的MgZn2相及圆形的CuA12相颗粒。确定了SiCp/7xxxAl复合材料最佳固溶温度为475℃，固溶时间为1h，再经过120℃/24h时效处理后，复合材料棒材的力学性能为：σb＝765MPa，δ＝1.5%。以加工路径A、Bc、C，在400℃下对SiCp/7xxxAl复合材料进行了多道次等径角挤压。结果表明，按路径Bc进行挤压时的力学性能优异，经过4个道次的变形后，晶粒为等轴晶，晶粒尺寸为400nm；峰值时效处理后，棒材的抗拉强度及屈服强度分别为770MPa及575MPa，弹性模量为106.6GPa，伸长率为7.4%；SiC颗粒尺寸被显著细化，由初始状态时的10μm左右破碎至2μm左右。采用夏氏V型缺口试样研究了SiCp/7xxxAl复合材料的热疲劳裂纹萌生与扩展行为。结果表明，在相同循环次数下，随着上限温度的升高，裂纹长度会更长，裂纹扩展速率会更快。疲劳裂纹在Al基体中的扩展形式主要表现为非连续性扩展；当疲劳裂纹遇到SiC颗粒时，裂纹将以界面剥离的形式绕过SiC颗粒。通过项目研究，正式发表学术论文4篇，其中SCI收录论文2篇，中文核心论文2篇；授权发明专利1项；培养硕士研究生2名，本科生2名。.本课题由于时间和经验有限，各方面的研究仍有待进一步发展和完善