SCw%2fAl复合材料高温高温高速变形规律其应用.pdfVIP

耿林 王桂松 郑镇洙 费维栋 王德尊 姚忠凯 (哈尔滨工业大学材料科学与工程学院， 哈尔滨150001) 摘要本文研究了SiCw／6061Al复合材料在接近和略高于基体合金固相线温度下，以较 高的应变速率进行压缩变形时，复合材料极限变形量和变形后复合材料拉伸强度随变形参 数的变化规律．得至jj-y复合材料最佳变形温度为6000，应变速率为0．37s～。将此工艺规 范用于SiCw／5061A1复合材料构件“近终形”成型，成功地制各出具有复杂形状的复合材 料惯导平台构件和2米长的卫星天线展开丝杠(薄壁管)。 关键词晶须，铝，复合材料，压缩变形 1 中置图书分类号：TB33 1前言 金属基复合材料的研究始于60年代。目前，金属基复合材料的研究已经从大规模的基 础理论研究转向有目的、有重点、有背景的应用基础研究和使用技术研究上来。由于实用 化对新材料成本和性能的综合要求，非连续(颗粒，晶须或短纤维)增强铝合金基复合材料 已经成为目前的研究重点11”。已有的报道表明，美国己将这种复合材料用于航天航空和国 防领域；日本的汽车工业和体育卫生等领域也越来越多地使用了这种复台材料。我国经过 “七五”和“八五”广泛而深入的基础理论研究，在“九五”期间已经成功地将非连续增 强铝基复合材料用于制各多种航天构件。过去的基础理论研究为今天的实用化研究提供的 必要的基础，同时，今天的实用化研究又为下一步的基础研究指明了方向。 目前，金属基复合材料实用化研究遇到的最关键问题是：第一，降低成本；第二，提 高成型加工性能；第三，提高产品质量和稳定性。降低原材料成本和开发简单可行的复合 材料制备工艺可以实现降低复合材料构件成本的愿望，但这要受到增强材料的开发技术和 可实用化的复台技术的现状与水平的制约。复合材料组分的优化设计可以达到改善复合材 料构件性能的目的，但这也要受到原材料的供给和复合技术的开发的限制。“近终形”成型 技术为解决上述关键问题提供了行之有效的方法。 “近终形”成型技术包括精密铸造成型和塑性变形成型。精密铸造成型不适于金属基复 合材料，因为金属基复合材料在液态时不易流动，另外在铸造状态下金属基复合材料的性 能潜力不能得到充分发挥。塑性成型技术能否在金属基复合材料构件成型上得以实现，关 键取决于金属基复合材料能否在一定条件下表现出很高的塑性。众所周知，金属基复合材 料的弱点是塑性较低。然而，1984年美国的Nieh等人13】就是在这种室温塑性很低的复合材 料中实现了300％的超塑性，并且应变速率高达0．33／s。在如此高的应变速率下获得如此大 的塑性变形，充分证明了塑性变形“近终形”成型技术可以在金属基复合材料构件成型中实 现。因此，金属基复合材料的高速超塑性研究自然成为目前人们普遍关注的研究热点。 尽管目前国内外对金属基复合材料高温变形方面的研究已有很多报道，但对金属基复 合材料高速超塑性机理以及工艺参数的影响机制还没有～个清楚的认识，与能正确指导复 合材料高速成型工艺的制定还有很大差距。另外，复合材料高速超塑变形后，材料的组织 和性能将发生规律性变化，这对复合材料构件的质量起着关键性作用，而这方面的研究几 乎还是空白。本文以航天领域最具应用前景之一的SiCw／AI复合材料为对象．研究其高温 高速变形规律，从极限变形量和变形后复合材料拉伸强度两方面综台优化变形工艺参数， 并将优化结果用于指导SiCw／AI复台材料构件的成型加工。 2材辩及试验方法 实验材料为用挤压铸造法制备的SiCw／6061A1复合材料，晶须体积分数为20％。变形 采用压缩方式，试样尺寸为巾24X14ram。变形温度为54州0’C(基体合金的固相线温度 出现明显的表面裂纹为标准)。在固定变形量为50％的条件下，测试变形后复合材料的拉 伸强度。根据以上两方面的结果对变形参数进行综合优化，并以此建立SiCw／6061A1复合 材料实际构件的成型工艺标准，进行复合材料惯导平台构件的等温锻造和管材热挤压成型。 3试验结果及讨论 图1(a)示出了在600C下以不同应变速率压缩的极限变形量．可以看出应变速率对 复合材料极限变形量影响不大，在中等应变速率0．37—0．56s。下，极限变形量可达8096以 上。图1(b)表明了在应变速率为0．37s。时变形温度对复合材料极限变形量的影响规律， 可以看出，复合材料在600C左右表现出较大的塑性变形能力，此温度略高于复合材料基 体合金的固相线温度(580C)，即有少量