金属基复合材料的高速超塑性

介绍了近几年国内外金属基复合材料(MMCs)高速超塑性的研究现状，包括拉伸超塑性、压缩超塑性。综述了各种基体和增强体复合材料的制备方法、获得高速超塑性的条件及高速超塑变形的特点。对于高速超塑性的变形机制，尤其是颗粒增强金属基复合材料的拉伸超塑变形机制进行了详细阐述。最后提出了MMCs高速超塑性存在的问题和今后研究的重点。     

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.     

低温预变形对SiC_p/MR64复合材料超塑性的影响

 用拉伸实验研究了低温预变形对碳化硅颗粒增强MR64复合材料超塑性的影响。材料在500℃,应变速率为8.33×10~(-3)s~(-1)的条件下拉伸,超塑变形延伸率达到210％,材料经过300℃低温预拉伸至35％的变形量以后,在超塑条件下拉伸延伸率达305％。通过对显微组织、孔洞的观察发现,低温预变形产生的形变组织在超塑变形初期发生了动态再结晶,晶粒尺寸得到进一步细化,孔洞面积率明显减少。低温预应变提高超塑性的主要原因在于它减少了变形过程中孔洞的数量。     

高应变速率超塑性研究的新进展

综述了高应变速率超塑材料及其变形机理和工业应用的最新进展.高应变速率超塑材料主要是铝基复合材料及铝合金,最近,对镁基复合材料、钛合金高应变速率超塑性能的研究也已开始.材料的高应变速率超塑性能使材料可进行超塑性锻造,使得该项技术具有诱人的工业应用前景.     

SiCp／LY12复合材料的超塑性研究

本文研究了粉末冶金法制造的SiC_p/LYl2复合材料的超塑性,测定了热挤压态SiC_p/LYl2复合材料的拉伸、压缩m值,分析了工艺参数对超塑性的影响,确定了超塑性成形工艺参数,并初步分析了SiC_p/LYl2复合材料的显微结构和超塑性的关系。     

低温超塑性钛合金的超塑性研究

对一种超塑性温度相对较低的双相钛合金SPZ的超塑性能进行了研究.结果表明:740～800℃,应变速率恒为1.11×10-3s-1时,SPZ合金的最大拉伸延伸率均超过1600%;760°C,合金的超塑延伸率可高达2149%.760℃,应变速率高达1.11×10-2s-1时,合金的超塑延伸率仍可达1380%.也就是说,700℃/1hAC处理后,SPZ合金在试验温度范围内具有低温高速超塑性.SEM观察发现,超塑变形前,合金的晶粒细小均匀,平均晶粒尺寸只有0.89μm;应变速率为2.22×10-3s-1,740℃,760℃变形后SPZ合金的晶粒尺寸分别为1.51μm,2.33μm.超塑性变形的微观机制是以晶界滑动为主,晶内变形以及位错蠕变起了协调作用.     

粉末冶金法制造SiCp／LY12复合材料及SiCp／LY12复合材料超塑性研究

本文用一种较简单的粉末冶金法制造出力学性能良好的 SiC_P/LY12复合材料,并开发了 SiC_P/LY12复合材料的超塑性,使得 PM-SiC_P/LY12复合材料〔(合SiC_P15%(重量)〕和铸造-SiC_P/LY12复合材料(含 SiC_P约12%)分别获得了220%和215%的延伸率,初步研究了 SiC_P/LY12复合材料的压缩超塑性。另外,利用 SEM 对 SiC_P/LY12超塑拉伸断裂机制进行了初步分析研究。     

连续SiC纤维增强钛基复合材料高温变形研究

采用单轴拉伸的方法测试了Si C纤维增强钛基(Si Cf/Ti)复合材料横向高温变形的应力-应变关系,研究了温度、应变速率对应力-应变关系的影响规律,分析了复合材料的高温变形机制。研究表明,在应变速率为1.0×10-4~5.0×10-3s-1,温度为880~940℃条件下,延伸率为150%~200%。在高温变形过程中,复合材料主要的变形机制是纤维/基体界面剥离和基体的超塑性变形。     

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。      

TC11合金最大m值超塑变形机理

众所周知,应变速率敏感性指数m值是材料超塑性能的重要特征参数,通常m值越大则超塑性越好。介绍了最大m值超塑变形的新方法。该方法的思路是：在塑性变形过程中,通过动态测定m值并实时控制变形速度,使m值始终保持最大值;同时结合TC11钛合金(Ti₆₅Al₃₅Mo₁₅Zr₀3Si) 高温拉伸实验,实现了最大m值超塑变形方法,在900 ℃拉伸时获得了最大延伸率2300%。由金相及电子技术分析发现TC11钛合金超塑性变形以晶界滑移为主,并伴随晶内位错滑移。最大m值法超塑性变形能够使动态再结晶充分发生,是提高钛合金塑性的有效方法。     

国外碳化硅增强铝基复合材料的发展和近况

本文简要介绍复合材料的发展,重点介绍国外碳化硅增强铝基复合材料的发展及近况,其中包括超声波振动在MMC中的应用,挤压铸造法、粉末冶金法、扩散连接法应用研究的近况,用热变形方法改善SiC/Al力学性能以及利用超塑性制造MMC和SiC/Al超塑性研究、用超塑成形工艺制造航空零件的新进展,展望了SiC_P/Al发展前景。     

反应铸造TiC／NiAl（Fe）复合材料的力学行为和强化机理研究

研究了反应铸造ＴｉＣ／ＮｉＡｌ（Ｆｅ）复合材料压缩、拉伸性能和强韧化机制。ＮｉＡｌ（Ｆｅ）合金的室温拉伸延伸率达１１％。含２０％ＴｉＣ颗粒的ＮｉＡｌ（Ｆｅ）基复合材料的室温拉伸率为２．５％。与多晶ＮｉＡｌ合金及其复合材料相比,２０％ＴｉＣ／ＮｉＡｌ（Ｆｅ）复合材料的室温拉伸延伸率明显提高。原位合成的ＴｉＣ增强颗粒在高温下具有明显的增强效果,含２０％ＴｉＣ增强颗粒复合材料的高温强度比基体合金高１００％。塑性的枝晶间区域的存在是ＮｉＡｌ（Ｆｅ）及其复合材料在室温塑性得以改善的主要机制。ＸＤ＋ＲＣ工艺导致的晶粒细化作用是ＮｉＡｌ（Ｆｅ）基复合材料的主要强化机制,位错强化和弥散强化对强度也有一定贡献。     

高温合金超塑切削

本成果是研究在一定的温度条件下，使切削区材料出现塑性急剧上升、变形抗力急剧下降的相变超塑性，在此状态下实现超塑切削。金属的塑性，是决定材料加工难易和表面加工质量的重要因素之一。利用材料组织的变形温度和变形速度，可使材料呈现伸长率特大和变形抗力特低，且有整体均匀变形的特性，这就是材料的“超塑性”。本工艺技术属国内首创，国际先进水平，曾获部级科技进步一等奖。     

BTi-62421S 高温钛合金超塑性能及应用

对BTi-62421S高温钛合金进行了高温超塑性拉伸实验,通过研究超塑条件下的力学性能、金相组织及拉伸断口形貌,确定了该合金高温拉伸条件下的断裂机制及超塑成形最佳变形工艺参数,在此基础上进行了BTi-62421S钛合金框架零件的超塑性成形实验。结果表明:BTi-62421S钛合金在920℃,应变速率10-3/s时具有最佳超塑性能,伸长率达到448.5%;该合金拉伸断裂机制以韧性断裂为主,但在不同变形参数下伴随着不同程度的脆性断裂;在超塑条件下可以成形出满足使用要求的航天用钛合金框架零件。     

SiC/Ni复合材料的超塑性

对电沉积SiC/Ni复合材料进行了低温超塑性拉伸实验,结果发现:平均晶粒尺寸为200nm的SiC/Ni复合材料在温度430℃初始应变速率为8.33 ×10-4s-1的变形条件下,获得最大延伸率571.2%,应变速率敏感指数为0.32.利用扫描电镜对断口形貌及变形后试样的组织进行的观察表明:断裂模式主要是沿晶断裂;晶粒有不同程度的长大,晶粒的长大速率的不同形成了变形后大小晶粒的混合组织,且沿拉伸方向拉长.应力-应变关系曲线表明:应力随着应变的增大而增大,增加到峰值后开始减小,材料进入准稳定变形阶段,实现大变形.SiC的加入增加了基体组织的稳定性,有利于材料超塑性的实现.超塑变形机理为晶界滑移和位错滑移塑性.     

非连续增强金属基复合材料的变形行为

详细介绍了非连续增强金属基复合材料的弹性变形、微型性变形、宏观塑性变形行为的研究现状，论述了复合材料变形行为的影响因素，并旨出了进一步研究存在的主要问题。     

TiBw/TA15复合材料板材超塑变形行为研究

研究了TiB_w/TA15复合材料板材在900~960℃、5×10^-4~10^-2s^-1条件下的超塑变形行为。结果表明,TiB_w/TA15复合材料流变应力随拉伸温度的升高和应变速率的减小而降低,在940℃、5×10^-3s^-1变形条件下获得的最大超塑性伸长率为439%。利用Zener-Hollomn参数和Arrhenius方程所建立的峰值应力本构方程为ε·=3.55×10⁸[sinh(2.0×10^-2σ)]^1.99×exp(-6.381×10⁵/RT),其变形激活能Q=638.1kJ/mol。复合材料超塑性变形组织与拉伸温度和应变速率密切相关。高温低应变速率有利于基体α相的动态再结晶以及晶须与基体处孔洞的愈合,低温高应变速率下,孔洞更易萌生于增强相与基体结合界面的端部。动态再结晶对复合材料超塑性的发挥起着关键作用。     

三维机织复合材料弹道冲击试验研究

先进复合材料具有高比强度、高比模量等优点，是航空发动机应用研究的热点。本文通过弹道冲击试验研究三维机织复合材料平板在高速物体冲击下的损伤失效机制及其力学行为，采用高速相机记录下了靶板受冲击损伤变化过程，分析了不同速度对三维机织复合材料平板损伤形貌的影响。试验结果表明，三维机织复合材料具有优异的抗裂纹萌生和扩展性，冲击表面的主要破坏模式是纤维剪切破坏和基体破碎，在出口表面主要破坏模式是纤维拉伸断裂和基体开裂。本研究可用于支撑验证碳纤维增强树脂基复合材料包容性，为航空发动机复合材料机匣研制提供基础。     

Al-Li-Cu-Mg-Zr合金的超塑性研究

Al-1.91Li-1.25Cu-0.46Mg-0.21Zr合金超塑性变形结果表明,最佳的时效工艺是400℃8h;冷轧工艺得到了比温轧(550％)更高的超塑性延伸率(630％);最佳超塑性变形工艺是T=500℃,(?)_i=3.33×10~(-3)s~(-1)(起始拉伸速度)。研究指出,Al-1.91Li-1.25Cu-0.46Mg-0.21Zr合金的超塑性预处理的时效工艺和轧制工艺影响了合金超塑变形初期的应变诱发再结晶,从而影响超塑性性能。超塑变形中的动态回变和动态再结晶是晶界滑动的重要协调机制之一。     

材料参数及静水压力对孔洞敏感材料超塑胀形影响的数值分析

本文将变形损伤效应引入到基于超塑成形的微观机理推导出的超塑性本构方程中，并将本构方程应用于刚塑性有限元模拟程序，分析了板料超塑胀形过程，研究了应变速率敏感性、孔洞长大以及叠加静水压力对孔洞敏感材料超塑胀形极限的影响，对模拟结果与实验结果进行了比较。