SiCp2024复合材料在半固态下流变行为的研究

　　关隹词ISiC/2024复合材料；流变行为：半固态弄清和掌握SKV2024复合材料在半固态下的流变行为，如流动应力、变形特点、应变速率和SiC颗粒体积分数对复合材料流变行为的影响规律，是从本质上把握半固态触变模锻成形工艺、合理选择制定工艺参数的关键目前，关于合金在半固态下的变形行为己经进行了大量的研究国家自然科学基金资助（资助号：599975023）在600T：分别保温5min、lOmin、20min、40min和60min，在0.1s-1的恒应变速率下进行压缩试验。为研究应变速率的影响，试样在590"C保温20min后，在1.33XHTV、1.33XlOW和丨。33）01的应变速率下进行压缩试验为了减小摩擦的影响，在试样两端涂上油质石墨压缩后，试样立即进行水淬，用光学显微镜观察试样的金相组织。

　　2结果与分析2.1SiCp/224复合材料在半固态下的流动应力SiCp/2024复合材料在半固态压缩时的应力一应变曲线可以分为三个阶段。

　　第一阶段（I区）为压缩变形的初始阶段，此阶段的变形主要是通过球形固相晶粒沿有液相存在的晶界的相对滑动、转动和自身的塑性变形方式来进行，且它们对试样总体变形的贡献因试样中液相体积分数的不同而不同。当液相体积分数较低时，试样中固相颗粒间的相对滑动、转动较为困难，试样变形主要靠固相颗粒自身的塑性变形来完成，因而随着应变的增加，压缩应力增长较快当液相体积分数较高时，由于固相颗粒间有大量液相的存在，使得固相颗粒间的相对滑动、转动变得容易，而自身的塑性变形较小，因而随着压缩应变的增加，压缩应力增长较慢直到此阶段结束，试样的压缩应力达到最大值压缩变，形量约为810%，随后半固态材料进入后续的稳定触变流动过程。因此，在设计具体的半固态触变成形工艺时，可以使半固态材料在进入模具腔体之前，先经历一个触变流动的初始化过程，这样就可以使半固态材料更加容易的茬模具腔体内流动，同时，流动过程也更加稳定，有利于半固态合金填充模腔中空间窄小的部位。第二阶段（区）为压缩试样的均匀变形阶段，在这一过程中，压缩试样外表层破裂，试样内部的液态金属向外流出，因此随着压缩变形的增加，压缩应力不是增加而是下降，呈现应变软化现象。在实际的触变成形工艺中，半固态材料的这一变形特点对于充型是非常有利的。第三阶段（m区）为第二阶段的继续，也是试样变形相对稳定的阶段。在此阶段，压缩应力有所回升，这是由于试样的压缩变形量太大，出现了侧翻，夹头与试样的接触面积迅速增加，进而造成夹头与试样的摩擦力迅速增加，改变了试样内部的应力状态，表现为真应力的回升。同时，随着压缩变形量的增加，使得部分液相与固相分离，液相被排挤到试样外表面，试样内部的固相体积分数增加，相应的应力也增加了。

　　图为15vol.%SiCp/2024复合材料在高温及半固态下压缩时的峰值流动应力与压缩温度的关系。由图可知，在固态下进行压缩时，随着压缩温度的提高，15vol.%SiCp/2024复合材料的峰值流动应力几乎成直线急剧下降。这是由于随着温度的提高，基体合金本身的流动应力显著下降，并且SiC颗粒对基体变形的阻碍作用变弱，易于顺应基体合金的流动。与固态高压缩时的流动应力相比，15vol.%SiCp/2024复合材料在半固态压缩时的流动应力继续下降。当试验温度在靠近基体合金固相线温度的半固态温区内，即基体的液相体积分数较低时，复合材料的流动应力随试验温度的提篼迅速下降。尔后，随着试验温度的提高，复合材料的流动应力进一步下降，但其速度减慢，直到试验温度为6201C时，基体中的液相率约为0.4左右，流动应力约为1.36MPa左右。这主要是由于当SiCp/2024复合材料由固态过渡到半固态时，基体合金晶粒间出现的液相使得试样在经受压缩变形时，基体中的球形晶粒易于以相对晶界的滑移和自身转动的方式来适应试样变形的需要，晶粒本身不需要发生大的塑性变形。

　　因此，当试验温度由基体合金的固相线温度提高到半固态温度范围内时，由于变形机制的改变，试样的压缩应力必然骤然下降。但是，在基体合金的半固态温区内，随着试验度的进一步提篼，虽然基体合金晶粒间的液相越来越多，但是能够自由滑动和转动的晶粒数目不会有太多增加，其变形机制没有改变，故流动应力下降速度减慢。

　　为不同SiC颗粒体积分数的SiCp/2024复合材料在半固态压缩时的峰值流动应力与液相体积分数的关系由图可见，压缩应力随SiC颗粒体积分数的增加而增加，在液相体积分数低时尤其明显。这是由于在复合材料中，SiC铟粒主要存在于晶界处，当复合材料在半固态压缩过程中，尤其进入稳定压缩过程时，SiC颗粒的存在将增加晶粒相对滑移阻力，随SiC颗粒体积分数的提高，晶粒间的滑移阻力增大，同时增大三种SiCp/2024复合材料在半固态压缩时的峰值流动应力与压缩温度的关系了总体固相体积分数。在温度较低时，由于晶粒间液相较少，基体合金中的晶粒除了相对滑动和转动外，还需要依靠自身的塑性变形来与试样的变形相协调，而SiC颗粒的存在除增加滑移阻力外还将阻碍位错运动，从而增加了固相晶粒塑性变形抗力。因此，在液相体积分数较低时，SiC颗粒体积分数对压缩应力的影响尤其明显。

　　2.2SiCP/2024复合材料在半固态下流变行为2.2.1压缩前保灌L时间的影响三种复合材料和基体合金在5901压缩前保温时间对应力一应变曲线的影响规律示于中。从a>d）中可以看出，在保温时间少于30min时，应力在应变为0.1左右时达到一最大值，随后迅速减小达到稳态。这个最大值与试样的断裂是有关的，在保温时间较短时尤其明显。当保温时间超过30min时，压缩应力在达到最大值后几乎保持不变。不同材料的最大应力随保温时间的变化曲线示于中。由图可见，应力随保温时间的增加而减小，尔后达到一恒定值。这个低的流动应力与复合材料中细小；团聚少的球形组织是有关的。球形固相颗粒被含有SiC颗粒的共晶液相所包围，这种组织结构解释了复合材料变形时低的流动应力。同时，Nguyen等人的研SiCp/2024复合材料和基体合金在5901保温时间对压缩应力一应变曲线的影响究表明，篼温挤压的变形历史大大提高了复合材料在半固态下的变形性。这主要是由于材料在高温挤压和半固态压缩加热的过程中发生再结晶，而再结晶可产生大角度晶界，加速了晶界的融化。

　　与复合材料相比，未增强基体合金的应力随保温时间的增加缓慢减小，保温30min后达到最小值。在半固态下保温5min后，压缩试样的微观组织由包裹大量液相的不规则颗粒组成，颗粒中包裹的液相显然不参加变形过程，并且基体合金中球形颗粒的尺寸较大且不规则，这些均使得基体合金在半固态压缩时具有篼的应力。

　　：从可以看出，在保温时间较短时，复合材料的变形比基体合金容易，而保温时间较长时，情况则相反。这些结果表明，SiC颗粒的存在明显加速了组织的球化过程，使得在同样的半固态温度下，复合材料能够在比基体合金低的流动应力下变形。但是，SiC颗粒体积分数较高时，复合材料的压缩应力比未增强基体合金的大，这是由于SiC颗粒体积分数的增加使得总体固相体积分数有所增加。Proceedingsofthe5thInternationalConference文接610页