复合材料塑性S加工型材的组织与性能.pdf

第17卷第2期宇航学报Vol.17No.2
1996年4月JOURNALOFASTRONAUTICSApr.1996

X
SiCwöAl复合材料塑性
加工型材的组织与性能

耿林姚忠凯
(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院·哈尔滨·150001)

摘要本文对用挤压铸造法制备的SiCwöAl复合材料进行了挤压和轧制变形。用扫描电镜和透射电镜对
变形后的SiCwöAl复合材料微观组织进行了观察,发现变形后的复合材料中晶须折断,并沿变形方向取
向,同时基体合金中产生了较高密度的位错和位错缠结。性能测试结果表明,挤压和轧制变形不同程度地
提高了SiCwöAl复合材料的拉伸强度。其原因主要是晶须取向、基体变形强化以及由于基体强度的提高而
导致的复合材料中晶须临界长度的降低。
主题词碳化硅晶须复合材料轧制挤压

1前言
碳化硅晶须增强铝合金(SiCwöAl)是一种高性能的非连续增强金属基复合材料。这种
新材料具有比强度和比刚度高、耐热和耐磨性好、尺寸稳定性好以及可用常规金属加工方法
进行成型加工等优点[1]。目前国内外对这种复合材料的制备工艺以及组织和性能已进行了
广泛的研究[2,3]。在美国和日本,SiCwöAl已经作为工程结构材料得到了应用,尤其是在
对比强度和比刚度要求很高的航空航天领域,这种材料有很广泛的应用前景。
塑性变形成型加工是SiCwöAl复合材料在工程结构件应用中十分必要的成型加工工
艺。国内外对SiCwöAl复合材料的热挤压和热轧制变形的研究已有很多报道[4,5]。工作主
要集中在变形工艺以及挤压和轧制变形对复合材料组织与性能的影响规律方面。
SiCwöAl复合材料一般可用粉末冶金(PowderMetallurgy)[6]和挤压铸造(Squeeze
Casting)[2]两种方法制备,其中挤压铸造法是一种成本低并且工艺简单的金属基复合材料
制备方法。由于用挤压铸造法制备金属基复合材料工艺出现相对较晚,因此对用挤压铸造法
制备的SiCwöAl复合材料塑性变形加工研究开展得还比较少。本文对用挤压铸造法制备的
SiCwöAl复合材料进行了热挤压和热轧制变形,利用扫描电镜和透射电镜观察了变形后复
合材料的微观组织,并分析了复合材料机械性能的变化规律。

2材料及试验方法

X本文于1993年12月28日收到
84宇航学报第17卷

选用日本东海碳素公司生产的TWS-100B-SiC晶须为增强材料,工业用LD2(6061)
铝合金为基体材料,用挤压铸造法制备晶须体积分数为20%的SiCwöAl复合材料。对
SiCwöAl复合材料和LD2铝合金分别进行500℃热挤压变形和450℃热轧制变形,其中挤
压变形的挤压比为1∶11,轧制变形采用交叉轧制方式,最终轧下量为60%。
利用S-550扫描电镜和CM-12透射电镜观察变形前后复合材料的微观组织。对变
形前后的SiCwöAl复合材料和LD2合金进行人工时效处理,然后在电子拉伸机上测试其
拉伸强度,并对拉伸强度的变化规律进行了分析。

3结果与讨论
图1是变形前后SiCwöAl复合材料的扫描电镜照片。从图1a可以看出,在变形前的
SiCwöAl复合材料中晶须三维混乱取向。经过60%的交叉轧制变形后,晶须在平行于轧制
表面的平面内发生二维取向,如图1b所示。经过1∶11的挤压变形后,晶须沿挤压方向发生
一维取向,如图1c所示。图2是SiCwöAl复合材料的透射电镜照片,可以看出,与铸造状态
(图2a)相比,轧制变形(图2b)和挤压变形(图2c)均使SiCwöAl复合材料的基体产生了较
高密度的位错和位错缠结,另外从图2d还可看出挤压变形使SiCwöAl复合材料中一些晶
须发生折断,这种晶须折断现象是SiCwöAl复合材料塑性变形过程中的一种重要组织变
化,并且对复合材料性能有很大影响,因此为定量分析这种晶须折断现象,将铸态、轧制态和
挤压态SiCwöAl复合材料在浓盐酸中进行长时间腐蚀,当基体铝合金全部被腐蚀掉后,将
得到的晶须在扫描电镜上进行长度测度,结果如表1所示。从表1可以看出,轧制变形和挤
压变形不同程度地降低了复合材中晶须的长度。
从以上试验结果看出,轧制变形和挤压变形使SiCwöAl复合材料中基体合金产生了大
量位错和位错缠结,并且使晶须发生折断和沿变形方向取向。根据短纤维复合材料的强化理
论[7],基体合金中位错密度的提高和晶须的定向将使复合材料强度提高,而晶须长度的减
小将导致复合材料强度明显降低。因此,轧制变形和挤压变形对SiCwöAl复合材料强度的
影响受多方面因素控制。

(a)铸态(b)轧制态(c)挤压态
图1SiCwöAl复合材料的扫描电镜照片
第2期耿林等:SiCwöAl复合材料塑性加工型材的组织与性能94

(c)挤压态(d)挤压态
图2SiCw