喷射沉积材料压缩和轧制变形规律研究

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1、博十学位论文摘要喷射沉积技术作为一种先进的材料制备新技术，已经被广泛应用于制备合金及金属基复合材料。然而喷射沉积材料通常存在～定量的孔隙，颗粒表面存在一定厚度的氧化膜，颗粒之间未能完全达到良好的冶金结合状态，因此需要进行后续致密化和塑性变形刊‘能获得理想的组织和性能。本文对喷射沉积多孔材料的致密化和塑性变形规律及机理进行了深入的研究。通过对喷射沉积材料的压缩和轧制变形规律及断裂行为的研究，揭示了变形工艺条件对多孔材料变形行为和断裂行为的影响规律。采用两种新型的轧制工艺，有效地提高了多孔材料的轧制

2、成形性能，避免了喷射沉积材料轧制过程中裂纹的形成和扩展，这对喷射沉积多孔材料的致密化和塑性变形的研究具有重要的指导意义，有利于喷射沉积材料的产业化和推广应用。本论文的主要研究内容和研究结论如下：(1)对喷射沉积FVS0812耐热铝合金材料的室温和高温压缩变形和断裂行为进行了研究。在不同摩擦条件下对喷射沉积材料进行了室温压缩实验，通过测量圆柱体试样表面网格变形前后尺寸的变化，确定了高向与径向应变。实验结果表明，喷射沉积材料的室温压缩变形具有以下特点：材料的相对密度在压缩变形初期增加很快，此后随着压

3、缩应变的增加，密度变化趋于平缓；在轴向应变相同时，喷射沉积材料的径向应变比致密材料的小，侧面鼓形现象不明显，因鼓形而造成的周向拉应力也较小；显微组织观察结果表明，喷射沉积材料压缩致密化过程中孔洞的变形经历了如下过程：孔洞塌陷变形；大尺寸孔洞变形为分散分布的小孔洞；孔洞延伸并压缩变形为线状：孔洞消失。在Oleeble，l500热模拟试验机上对喷射沉积材料热压缩流变行为进行了系统的研究。实验结果表明，与致密金属相比，在高温压缩变形过程中喷射沉积材料的应交硬化现象突出，在本实验条件下没有出现明显的应变

4、软化现象；多孔材料流变应力呈稳念特征的临界变形温度和应变速率比致密材料大：当应变速率较小时，变形温度对径向应变的影响较明显，径向应变随变形温度的升高丽增加。喷射沉积材料压缩断裂行为的研究结果表明：接触表嚣的摩擦系数越大，圆柱形试样由于变形不均匀而造成的鼓形越明显，出现周向裂纹的应变也越小；接触表露的摩擦系数越小，上下表露越容易形成裂纹。多孔材料压缩变形的断裂应变随着变形温度的升高而增大。(2)对喷射沉积多孔材料的轧制变形规律和断裂行为进行了研究。根据轧制J；i『后轧件尺寸、轧件表面网格尺寸的变化

5、特点，研究了喷射沉积喷射沉积材料压缩和轧制变形规律研究材料的轧制变形规律。多孔材料的轧制变形行为具有如下特点：当高向变形量相同时，多孔材料的宽展和延伸比敏密材利的小：多孔材料轧制变形时的高向变形不均匀，即使当轧制道次变形量达到40％，轧件的表面变形仍然大于中间部位的变形；喷射沉积多孔材料的轧制塑性泊松比正比于材料的相对密度，当坯料的初始孔隙度为15．6％时，轧制塑性泊松比约为O．25左右。在喷射沉积材料轧制变形过程中，应力状态对致密化速度有明显影响，增加静水压力川以加快材料的致密化速度，改善材料

6、的成形性能。山于存在孔洞以及材料内部颗粒未达到良好的冶金结合状态，喷射沉积材料在轧制过程中容易形成层裂和表面横向裂纹。当坯料的初始孔隙度为15～18％时，表面横向裂纹往往出现在轧制变形量达到15～25％时，而不是在轧制起始阶段。(3)喷射沉积多孔材料变形和断裂规律的研究结果表明，在喷射沉积材料致密化变形阶段，适当减小拉应变，提高其致密化速度，可以改善其变形性能。据此提出了喷射沉积多孔材料的包套轧制变形工艺，研究了不同包套材料对多孔材料轧制变形和致密化规律的影响。实验结果表明，复合包套轧制工艺可以

7、明显减少变形过程中裂纹的形成和扩展，提高喷射沉积多孔材料的轧制成形性能。采用喷射沉积多孔材料“内铝外不锈钢”复合包套轧制工艺，成功制备了厚度为O．6mm的喷射沉积FVS0812耐热铝合金薄板。薄板组织细小均匀，晶粒尺寸为300～500nm，A113(Fe，V)3Si第二相尺寸为30～70nm左右；室温及高温力学性能优良，室温时o；；357Mpa，ob=415MPa，6=14．4％：300℃时o。=162MPa，Ob=213MPa，6=5．4％。FVS0812轧制薄板具有优良的室温及高温力学性能，

8、可归因于弥散分布在基体上、高温稳定性好的AIl3(Fe，V)3Si第二相，该相在580oC保温2h、540。C保温lOOh、600℃保温1．5h退火后，均没有明显粗化。(4)论文研究了了两种全新的喷射沉积多孔材料轧制工艺，即“外框限制轧制”和“陶瓷颗粒包覆轧制”，并成功地应用于喷射沉积多孔材科的轧制变形，明显改善了多孔材料的轧制成形性能，避免了轧制过程中裂纹的形成和扩展。外框限制轧制工艺实际上是在轧机上实现的多孔材料的连续的模压过程，通过外框限制了轧件的纵向和横向流动，增强了多孔材料所处的静水压