TiB2P/2024Al复合材料热变形行为及摩擦磨损性能研究

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本文采用压力浸渗法制备了体积分数为30%TiB2/2024Al复合材料研究其高温热变形行为及摩擦磨损性能。本文利用了差热分析(DTA)、布氏硬度、电子万能试验机、摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等多种实验手段。研究TiB2/2024Al复合材料高温压缩变形的规律和形变机理,确定致密化工艺参数,并进一步研究了高致密TiB2/2024Al复合材料的摩擦磨损行为和磨损机理。研究表明:TiB2/2024Al复合材料压缩应力-应变曲线呈现了三阶段特征。温度和应变速率对TiB2/2024Al复合材料的高温压缩变形规律有着明显的影响,复合材料的最大变形抗力随着压缩温度的升高逐渐降低;随着应变速率增加逐渐增加。TiB2/2024Al复合材料的压缩极限变形量随着变形温度的升高而升高,在给定的应变速率范围内(0.0014s-1-0.14s-1)当应变速率为0.014s-1时复合材料的极限压缩变形量值较高。变形前后复合材料的SEM微观组织观察结果表明:温度越低复合材料中颗粒断裂程度越高,应变速率越高复合材料中基体及界面发生破坏的程度越大;结合应变速率敏感系数m和变形激活能Q的计算表明:颗粒加入基体后,材料的变形能力有很大程度的降低;压缩过程中复合材料基体内位错运动受到了颗粒的阻碍,造成了变形激活能升高;应变速率敏感系数偏低。TEM观察结果表明:TiB2/2024Al复合材料高温变形后晶粒尺寸明显变小,并且有纳米级亚晶出现,因此主要的软化机制是动态回复。根据复合材料高温压缩变形行为的研究,确定复合材料三向约束致密化工艺参数:变形温度为500℃;形变速率为0.014s-1。经过致密化后,复合材料的抗拉强度提高,但是材料的延伸率降低。摩擦磨损行为研究表明:当滑动速度一定时,复合材料的摩擦系数随着载荷的增加而降低;磨损率随着载荷的增加而增加;当载荷一定时,摩擦系数随着滑动速度的升高而升高,磨损率随着滑动速度的升高而降低。对比变形前后TiB2/2024Al复合材料摩擦磨损性能研究结果表明:高致密TiB2/2024Al复合材料具有更低的摩擦系数和磨损率。TiB2/2024Al复合材料在第一阶段的磨损机制主要是氧化磨损;第二阶段为氧化磨损向黏着磨损的阶段;第三阶段为复合材料磨损稳定阶段,主要以黏着磨损和磨粒磨损相结合;在载荷较小,滑动速度较低的情况下,复合材料的磨损形貌主要以磨粒磨损形貌为主;高载荷,较大的滑动速度下,磨损形貌主要以黏着磨损形貌为主。
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