喷射成形TiCp/ZA35复合材料热挤压工艺的ANN优化和组织研究

采用人工神经网络(ANN)的方法，研究挤压比、挤压比压、挤压温度和挤压速率对喷射成形TiC_p/ZA35复合材料力学性能的影响，建立了TiC_p/ZA35复合材料热挤压的人工神经网络模型。模型的输入参数为挤压比、挤压比压、挤压温度和挤压速率，输出参数为复合材料的抗拉强度。该模型可以仿真TiC_p/ZA35复合材料在不同热挤压工艺参数下的力学性能，也可以优化热挤压工艺参数，模型结果与实验结果误差小于1.8%，拟合率为0.986。推荐热挤压工艺优化参数为：挤压比22，挤压比压415 MPa，挤压温度315℃，挤压速率8 mm·s^-1，此工艺条件下复合材料的抗拉强度为486.7 MPa。热挤压间接对复合材料进行了时效处理，材料晶内析出晶须状和颗粒状的MnAl6强化相。弥散强化和位错强化作用使热挤压喷射沉积TiCp/ZA35复合材料较未挤压复合材料抗拉强度提高38.3%。     

适合航空航天用SiCp/Al复合材料的性能

采用粉末冶金法制备了Φ300 mm的15%(体积分数)SiCp/A l复合材料坯锭,研究了热挤压、锻造后的材料力学性能以及断裂特点。结果表明,该材料的弹性模量在97 GPa、拉伸强度保持在550 MPa的水平下,延伸率仍高达7%左右,旋转弯曲疲劳强度在250~290 MPa范围内,断裂韧性为25 MPa.m1/2,冲击韧性为62.5 kJ/m2。与棒材挤压态相比,T4态复合材料拉伸强度和屈服强度分别提高66.7%和100%,但塑性保持在同一水平。断口观察表明,挤压态复合材料以基体韧性断裂为主要形式,而T4态复合材料除了基体韧性断裂外,还存在SiC颗粒断裂现象。挤压棒材锻造后有利于提高材料的横向强度。     

热轧制变形对网状结构TiBw/Ti6Al4V复合材料组织与性能的影响

在成功设计并制备出具有优异综合力学性能的网状结构TiBw/Ti6Al4V(TiBw/Ti64)复合材料的基础上,研究了轧制变形对新型网状结构TiBw/Ti64复合材料组织与性能的影响规律。利用扫描电镜观察不同变形量变形后的微观组织,分析结果显示,不同轧制变形量对应不同变形组织,随着轧制变形量的增加,网状结构TiBw/Ti64复合材料中增强相破碎加剧,局部增强相含量降低,且钛合金基体为转变β组织。拉伸性能结果表明,由于基体形变及热处理强化与增强相的破碎导致的弱化效果的共同作用,随着轧制变形量的增加,网状结构TiBw/Ti64复合材料抗拉强度及伸长率均先增加后降低。抗拉强度从1090MPa提高到1330MPa,相当于提高了22%,而伸长率最大提高了97%。     

SiCw／Al复合材料的拉伸性能与变形行为

本文对SiCw/6061Al复合材料进行了拉伸试验和断口分析。结果表明,该材料具有与基体合金大致相同的比例极限,但却具有高的加工硬化率,其抗拉强度远高于基体合金。复合材料低的比例极限可由晶须端部应力集中所导致的低应力局部塑性变形来解释。高的加工硬化率则与变形过程中复合材料基体中的位错大量增殖及晶须裂纹扩展的阻碍作用有关。由细小韧窝组成的复合材料断口表征了塑性变形的局部性。     

硼酸铝晶须增强氰酸酯树脂/玻璃布复合材料的研究

为了改善氰酸酯树脂基复合材料的层间性能,加入硼酸铝(AlBw)晶须制得晶须/氰酸酯树脂/玻璃布复合材料。研究了晶须对氰酸酯树脂的反应活性、工艺性的影响以及对复合材料力学性能的改善效果,并分析了复合材料断裂的SEM照片。凝胶时间和差示扫描量热(DSC)分析表明,晶须的加入对树脂体系反应性影响较小。晶须的加入增大了氰酸酯树脂的粘度,但增加幅度不大,当晶须加入质量为20%时树脂粘度仍小于8Pa·s,具有良好的工艺性。随晶须加入量的增加,复合材料的层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度增大,晶须质量占10%时,4%硼酸酯处理的晶须使ILSS和弯曲强度分别提高45%和32%。晶须的加入使复合材料耐湿热性提高,水煮100h后,吸水率降为1.09%,力学强度保持率高于85%。     

电沉积制备ZrO2／Ni纳米复合材料的超塑性

采用电沉积方法制备了平均晶粒尺寸为45 nm的ZrO2/Ni纳米复合材料,并通过拉伸试验对该材料的超塑性能进行了研究.结果表明:ZrO2/Ni纳米复合材料具有低温高应变速率超塑性,在温度为450℃、应变速率为1.67×10-3/s时,获得的最大伸长率为605%.采用SEM和TEM分析了沉积态材料及变形后的组织,并对变形机理进行了探讨.ZrO2/Ni纳米复合材料的超塑变形机制主要是晶界滑移,S元素的析出在一定程度上协调了变形.     

晶须增韧陶瓷基复合材料的增韧机理及其影响因素

晶须增韧陶瓷基复合材料是改善陶瓷脆性的有效措施，近年来引起国内外学者高度重视，成为高技术陶瓷研究开发的一个前沿领域，进展也很迅速。本文介绍了晶须增韧陶瓷基复合材料的增韧机理，晶须与基体材料复合时应考虑的主要问题，影响增韧效果的主要因素，并提出了今后的一些研究课题，从而对晶须增韧陶瓷基复合材料的增韧机理有更进一步的认识。     

TB-13钛合金动态再结晶行为研究

研究TB-13钛合金在β单相区热轧变形过程中不同变形量对组织演变规律的影响.进行了32％,50％,59％和75％变形量的热轧后,利用光学显微镜和透射电子显微镜观察了该合金热轧变形后的组织变化.结果表 明,TB-13钛合金在热轧变形过程中的动态再结晶发生机制是连续动态再结晶.当变形量为32％时,沿着轧制方向存在拉长的扁平状原始β晶粒,晶界平直,晶粒内部存在大量无规则位错和胞状结构位错.随着变形量的增加,晶界处形成亚晶,大量位错在亚晶界处聚集,使亚晶界角度不断增大,最终由小角度晶界转为大角度晶界,从而形成细小的动态再结晶晶粒.     

日本中田荣一教授作学术报告

7月29日上午,日本材料工艺研究所的中田荣一教授在703所做了有关金属基复合材料的学术报告。他就材料的制造工艺、破坏形式、力学性能及改善措施等方面对纤维增强复合材料和晶须增强复合材料做了较全面的介绍。他认为,B/Al、B/Mg、C/Mg是最有发     

TiB2/7050颗粒增强铝基复合材料热变形行为与热压工艺优化

分析TiB₂/7050颗粒增强铝基复合材料的热变形行为及工艺参数的影响规律，对其热变形后的组织设计和获得理想性能参数至关重要。基于此，针对TiB₂/7050颗粒增强铝基复合材料开展了相关研究。用Gleeble-3500热模拟机进行热压缩试验，研究了TiB₂/7050颗粒增强铝基复合材料在变形温度300~450 ℃、应变速率0.001~1 s-1时的热变形行为，建立了材料的双曲正弦本构方程；根据动态材料模型计算得出热加工图，优选了材料的热加工工艺窗口；对原始挤压成型坯料和优化工艺的热压成型坯料进行了力学性能测试和微观组织形貌分析。结果表明:两种成型工艺相比，热压件强度指标略有提高，但塑性大幅提高，其长横向断后延伸率提高400%；热压工艺件晶粒更加细小、且无明显择优取向；拉伸断裂机制均为准解理断裂，热压件断口韧窝更深、撕裂棱更粗大，表明塑性撕裂持续时间更长。      

晶须增强金属基复合材料微结构参数优化设计

讨论了增强体体积比、长径比、基体与增强体的模量比以及增强体取向分布、基体的热处理状态对复合材料刚度模量的影响 ,建立了晶须增强金属基复合材料微结构参数与宏观力学性能间的定量关系 ,探索了晶须增强金属基复合材料微结构参数优化设计方法 ,给出了该材料微结构参数优化设计的典型算例     

SiC晶须增韧SiC mini复合材料的制备与性能分析

采用CVI工艺制备了SiC晶须增韧SiC(SiCW/SiC)mini复合材料,研究了其微观结构和力学性能.实验结果表明:SiC晶须的体积分数达到45%～50%,SiCW/SiC mini复合材料的维氏显微硬度平均值为19.04GPa,断裂韧度平均值达到6.51MPa·m1/2.微观结构观察证实SiC晶须的引入在mini复合材料中产生了晶须桥联、晶须拔出、晶须断裂和裂纹偏转等增韧机制,为后续SiCW/SiC复合材料的制备奠定了基础.     

SiC晶须增强铝基复合材料超精密切削试验研究

通过聚晶金刚石刀具对SiC晶须增强铝基复合材料SiCw/LD2的超精密切削试验,并用原子力显微镜AFM对加工表面的微观形貌进行检测分析证明:SiCw/Al铝基复合材料的加工表面粗糙度值可以达到超精密级Ra0.01μm,但比切铝基体材料的表面粗糙度值大一级,且粗糙度值随着切削速度的增加、进给量的减小而减小,而吃刀量的影响不大;晶须的破坏方式对加工表面粗糙度也有直接影响。     

Al2O3w/TiAl复合材料的制备与力学性能

以钛粉、铝粉及Al2O3晶须为原料,采用粉末冶金法制备了Al2O3w/TiAl复合材料.借助于XRD、SEM分析方法及力学性能测试,分析了显微结构,讨论了工艺条件与性能的关系.结果表明,各工艺参数对复合材料的力学性能有较大影响,对粉料高能球磨以细化颗粒,通过先湿混后干混,以均匀晶须在基体中的分布,可有效改善复合材料的力学性能.     

单面螺纹抽钉干涉配合复合材料连接件挤压强度研究

由于连接技术是复合材料连接结构设计中的关键环节,所以本文通过试验研究了干涉配合对复合材料单钉双剪连接件挤压强度的影响作用,并建立了能预测复合材料连接件挤压强度的三维有限元数值模型.该模型考虑了钉孔接触、渐进损伤以及大变形理论,并采用了Hashin失效判据以及Tan材料性能退化准则,研究了不同干涉量(0％,0.5％,3％)配合方式对连接强度和刚度的影响作用.结果表明适量的干涉能提高连接挤压强度,而3％的过量干涉配合降低了连接挤压强度,却有较高的挤压弦向刚度,与试验结果相比,吻合较好.     

颗粒(晶须)增强金属基复合材料

1987年6月5日美国马里兰大学材料系(Engineering Materials Department,University of Maryland)教授Arsenault博士来我所讲学,作了颗粒(晶须)增强SiC/Al金属基复合材料的学术报告。Arsenault教授在学术报告中,重点讲述了颗粒(晶须)增强SiC/Al金属基复合材料的增强机理、SiC和Al的界面、断裂     

2.5D机织浅交弯联复合材料数字单元建模分析

2.5D机织浅交弯联复合材料具有优良的力学性能及结构整体性，现已广泛应用于航空航天结构中，正确表征材料内部发生挤压或偏转变形的纤维结构形态是从微细观角度研究材料性能的关键。数字单元法是模拟材料内部纤维束形态的有效途径，但得到的纤维束形态依赖于选取的仿真参数。基于2.5D机织浅交弯联SiO2f/SiO2复合材料的Micro-CT观测，利用ABAQUS软件建立了材料的数字单元有限元模型，施加温度载荷及边界约束，模拟织物变形过程，并且提取织物变形后的数字单元特征信息，结合纤维束中心路经及横截面形状离散算法得到纤维束的结构形态。通过分析选取的单元类型、数字单元赋予的弹性性能、单元数、摩擦系数对模拟结果的影响，确定选取模拟参数的主要原则，得到了能反映该材料纱线变形特征的几何模型，并且与Micro-CT观测结果吻合。该方法具有普适性，可指导类似织物复合材料的数字单元建模。     

ECAP对纯铝拉伸性能和断裂行为影响的研究

利用等通道转角挤压(ECAP)对纯铝进行了连续的挤压,结合位错及断口形貌,分析了位错强化及断裂机制.结果表明, 剪切变形使位错滑移,晶粒细化,挤压4道次后材料屈服强度、抗拉强度分别较初始态提高了38.5%和24.0%,断裂机制呈现典型的沿晶断裂特征.     

PIP工艺制备SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的性能

以不同界面层厚度的SiC纤维为增强相,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备SiC_f(PyC)/SiC复合材料,并在复合材料基体中引入SiC晶须,对其性能进行研究。结果表明:热解碳(PyC)界面层厚度约为230 nm时,SiC纤维拔出明显,SiC_f/SiC复合材料拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别达到192.3 MPa、446.9 MPa和11.4 MPa?m^1/2;在SiC_f/SiC复合材料基体中引入SiC晶须后,晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等增韧机制增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使复合材料的断裂韧度和弯曲强度分别提高了22.9%和9.1%。     

高强韧抗疲劳TiB2/7050Al复合材料组织与性能研究

原位自生铝基复合材料具备轻质、高模量和高强度,是实现装备结构轻量化的关键材料之一。塑性加工变形量是决定铝基复合材料组织和性能的重要因素。本文以三种典型截面规格型材为载体,研究了挤压变形量对热挤压制备TiB₂/7050Al复合材料组织结构与力学性能的影响规律与作用机制。采用扫描电子显微镜与背散射电子衍射技术,分析了复合材料内颗粒分布与三维晶粒结构,及其与挤压变形量的演化规律,讨论了复合材料不同组织结构下的室温拉伸性能与抗疲劳性能。结果表明：TiB₂/7050Al复合材料型材同时具备高弹性模量（78~84 GPa）、高强塑积（6 588 MPa·%）与高疲劳极限（289 MPa）,将在航空航天等领域具有广泛的应用前景。