脉冲电流辅助粉末夹层TLP连接SiC_p/Al接头微观组织和力学性能

研究脉冲电流辅助瞬间液相(Transient Liquid Phase,TLP)扩散连接技术,采用粉末中间层,利用低压高强脉冲电流通过铝基复合材料搭接面与中间层,从而实现对SiC_p/2024Al复合材料板材的TLP扩散连接。分析不同工艺参数下连接试样的微观组织和力学性能,探索脉冲电流对铝基复合材料连接的影响机理。结果表明:采用真空压强为1×10~(-3)Pa,平均电流密度115 A/mm~2,连接预紧压力为0.5 MPa,连接时间60 min条件下,连接接头形成了良好的冶金连接界面,无缺陷产生;通过对连接接头微观组织观察发现,在脉冲电流作用下,接头原位生成弥散的高强度高硬度金属间化合物增强相,有效地提高了接头的力学性能。     

高温压缩对高体份SiC_p/Al复合材料组织的影响

采用无压浸渗法制备出结构/热控一体化的高体份(～55%)SiCp/Al复合材料。对该复合材料进行了高温(高于基体熔点)压缩实验。利用XRD和SEM观察分析了高温压缩参数对复合材料相组成及组织形态的影响。研究结果表明:高温压缩后高体份SiCp/Al复合材料的相组成仍为Al,SiC及少量Si和Mg2Si,该复合材料具有较好的高温稳定性;高体份SiCp/Al复合材料高温压缩变形后,基体仍保持连续,颗粒在压力作用下会翻转、部分颗粒会破碎,颗粒尺寸及分布均匀性等组织特性受高温变形参数控制。随着变形温度的升高和应变速率的减小,SiC颗粒的尺寸一致性、圆整度及分布均匀性有所提高;高体份SiCp/Al能复合材料在基体熔点以上的材料状态可视为粘流体,并可认为其具有一定的流动性。变形温度和应变速率对复合材料流动性的影响,使复合材料高温压缩后组织特性呈现四个阶段。     

高频脉冲电流改性SiC/Al复合材料微裂纹愈合机制及组织性能

采用高频脉冲电流技术改性处理轧制态SiC/Al复合材料。首先利用扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射仪（EBSD）对不同状态下复合材料的微观组织进行了观察分析，研究了高频脉冲电流作用下微裂纹的动态愈合机制。然后，对复合材料的微纳力学性能及拉伸性能进行了测试。结果表明，高频脉冲电流有效促进了轧制态复合材料发生静态再结晶，使基体晶粒由2.47μm细化至2.02μm，再结晶体积分数由7.43%提高至39.73%，择优取向明显减弱。钻孔-冷轧法预制的微裂纹尖端在高频脉冲电流作用下产生了局部高温，并在压应力的作用下实现了部分愈合。高频脉冲电流处理后，复合材料的拉伸强度和伸长率由347 MPa和12.23%优化至475 MPa和21.65%。研究为拓宽SiC/Al复合材料在航空领域的应用范围奠定了相关理论及实践基础。     

高体积分数SiCp/Al复合材料高温压缩界面研究

采用无压浸渗制备出高体积分数SiCp/Al多功能复合材料。对该复合材料进行了高温(高于基体熔点)压缩实验。利用XRD和TEM观察了SiCp/Al复合材料的界面结构,分析了高温压缩对复合材料界面的影响,研究了复合材料的复合机理。结果表明:高温压缩后的SiCp/Al复合材料的界面过渡层连续且厚度均匀,过渡层宽度减小了一个数量级;复合材料SiCp/Al界面结合机制包括扩散、位向和反应结合机制,复合材料SiCp/Al界面的这些结合机制,导致了增强相与基体之间很强的界面结合;复合材料的断裂方式为颗粒断裂,SiC增强颗粒与Al基体结合良好。     

盐雾环境对复合材料修复铝合金板疲劳性能的影响

采用单向碳/环氧复合材料补片真空袋压工艺单面修复含中心裂纹铝合金板,进行0-1700h盐雾梯度腐蚀试验,测试并对比分析了各腐蚀时间结点上试件修复前后的疲劳性能,从疲劳寿命、疲劳临界裂纹长度和Paris公式材料常数(C和m)的变化三个方面考察不同盐雾腐蚀深度对铝合金裂纹板修复前后的疲劳性能差异。结果表明:碳/环氧补片胶接修复铝合金板能大幅度提高疲劳寿命,且未经修复的裂纹板在腐蚀1700小时后疲劳寿命下降53.8%,而修复板仅为38.6%。修复板疲劳裂纹临界长度acr大于未修复裂纹板,且随盐雾腐蚀时间延长,裂纹板和修复板acr变化不大,可作准判据使用。由试验数据得到的不同腐蚀时间上试样的材料常数C和m随腐蚀时间延长而减小。利用Paris公式可较好拟合铝合金板疲劳寿命及Paris区内的疲劳裂纹扩展行为,但疲劳寿命预测值与实际值的差异由未经腐蚀时的5%左右增大到腐蚀1500h时的10%左右。     

过滤条件对活性涂层陶瓷颗粒过滤铝熔体的影响

将活性涂层陶瓷颗粒分别装在能够透气的管状耐火砖和致密陶瓷管内,然后加热到710℃用于过滤铝熔体。研究结果表明,在透气条件下,拉伸试样的延伸率下降,并且拉伸断口裂纹大,韧窝大而不均匀;金相试样中的夹杂物数量多而且尺寸也大。在不透气(致密陶瓷管)条件下,当陶瓷颗粒尺寸为1mm,过滤后的拉伸试样延伸率达到48.7%,提高16%,拉伸断口裂纹细且韧窝小而均匀,仅有少数8μm的夹杂物。     

氩弧焊接接头疲劳寿命预测

对TA15钛合金板材进行氩弧焊对接焊后,加工成光滑疲劳试件进行R=0.5,0.06的高周疲劳SN曲线测试。试验后对试样断口进行扫描电镜(SEM)分析发现,疲劳源大多位于焊接区域的气孔或夹杂等焊接缺陷处。以焊接处微观结构缺陷尺寸作为初始裂纹尺寸,采用基于裂纹闭合的全寿命预测模型,以焊接区域不同位置的长裂纹扩展速率曲线作为基线,利用J.C.Newman的FASTRANII软件对焊接接头试件的疲劳寿命进行预测,发现采用焊缝边缘处的长裂纹扩展曲线预测结果与试验结果吻合较好。     

基于小裂纹的2024-T3铝合金中心孔试样疲劳寿命预测

对2024-T3铝合金板材中心孔试样进行了疲劳裂纹扩展行为及寿命预测的理论和试验研究.采用疲劳条带与显微镜观测相结合的办法获得试样在块谱作用下孔边自然萌生裂纹扩展的α-N数据,并通过对断口的SEM观察获取试样的初始缺陷形状.利用基于裂纹闭合的小裂纹扩展分析程序FASTRAN3.9对试样α-N数据进行反推,建立了描述孔边裂纹细节原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸(EIFS)分布.以该分布为基础,采用FASTRAN3.9对试样进行了恒幅载荷下试样的中值疲劳S-N曲线的预测,预测结果与试验验证结果吻合较好.     

中低体积分数SiCp / Al 在航空航天领域的应用与发展

基于中低体积分数SiCp/Al的性能特点,对比中低体积分数SiCp/Al铝合金及钛合金的力学物理性能,讨论中低体积分数SiCp/Al的性能优势,总结了中低体积分数SiCp/Al在航空航天领域应用情况及目前的发展现状,并提出未来的发展方向.     

喷射沉积5083 Al-Mg合金的超塑性

研究了喷射沉积再经过热变形处理的 5 0 83Al Mg合金的超塑性。喷射沉积 5 0 83Al Mg合金的微观组织是由平均尺寸 15 μm的等轴晶组成 ,组织中的气孔率为 0 1% 5 % (体积百分数 )。采用了两种不同的热变形处理工艺 (TMP)来闭合气孔和细化晶粒 :先挤压后轧制和直接轧制。采用先挤压后轧制工艺处理的合金表现出了相对较高的超塑性 ,最大超塑延伸率可达 4 6 5 % ,而采用直接轧制工艺处理的合金最大超塑延伸率为 2 95 %。两种工艺处理后的合金表现出了相似的应力 -应变行为和应变速率敏感因子 ,应变速率敏感因子取值范围为 0 3 0 5。超塑延伸率的差异可能是由闭合气孔导致的变形过程中空洞的形核能力不同造成的。     

A review of friction stir joining of SiCp/Al composites

SiCp/Al composites have excellent comprehensive properties and have been widely used in aerospace, automotive industry and other fields. Due to the huge difference in performance between SiC particles and matrix alloys, traditional fusion welding methods are difficult to meet the join requirements of SiCp/Al composites. Friction stir joining (friction stir welding), as a solid phase joining process, has been proved to be a new technology with fine prospect in joining SiCp/Al composites compared with fusion welding process. Although some progress has been made in recent years, there are still full of challenges. In this paper, the research status of friction stir joining of SiCp/Al composites in recent years is expatiated, including the weldability of SiCp/Al composites, the macrostructure and the microstructure of joints, mechanical properties of joints, and tool wear and monitoring. Furthermore, the existing challenges of friction stir joining of SiCp/Al composites are summarized and the future development directions are prospected.     

2A12铝合金试件中空间斜裂纹在线止裂及性能分析

 选择带有空间斜裂纹的2A12铝合金试件进行了拉伸载荷作用下电磁热在线止裂研究。采用数值分析方法确定了止裂工艺参数,并求得了放电后试件内的温度场及热应力场;通过自制加载装置,应用ZL-2超强脉冲电流放电装置完成了空间裂纹在线止裂试验;对止裂前后的铝合金试件进行了微观组织分析和宏观力学性能测试。研究表明：脉冲放电瞬时,裂纹尖端熔化、钝化,并形成了高压应力区,提高了裂纹的扩展功,在一定的拉伸载荷下,试件也不会开裂,达到了裂纹在线止裂的目的。     

Cutting path-dependent machinability of SiCp/Al composite under multi-step ultra-precision diamond cutting

Particle-tool interactions, which govern the synergetic deformation of SiC particle reinforced Al matrix composites under mechanical machining, strongly depend on the geometry of particle position residing on cutting path. In the present work, we investigate the influence of cutting path on the machinability of a SiCp/Al composite in multi-step ultra-precision diamond cutting by combining finite element simulations with experimental observations and characterization. Be consistent with experimentally characterized microstructures, the simulated SiCp/Al composite is considered to be composed of randomly distributed polygonally-shaped SiC particles with a volume fraction of 25vol%. A multi-step cutting strategy with depths of cut ranging from 2 to 10 μm is adopted to achieve an ultimate depth of cut of 10 μm. Intrinsic material parameters and extrinsic cutting conditions utilized in finite element simulations of SiCp/Al cutting are consistent with those used in corresponding experiments. Simulation results reveal different particle-tool interactions and failure modes of SiC particles, as well as their correlations with machining force evolution, residual stress distribution and machined surface topography. A detailed comparison between numerical simulation results and experimental data of multi-step diamond cutting of SiCp/Al composite reveals a substantial impact of the number of cutting steps on particle-tool interactions and machined surface quality. These findings provide guidelines for achieving high surface finish of SiCp/Al composites by ultra-precision diamond cutting.     

SiCp/Al复合材料界面控制与评价新方法

尝试了一种控制 Si Cp/Al复合材料界面状态与性能的新途径 ,并首次应用声发射检测技术及其信号的小波分析新方法对控制效果进行了系统地评价。结果表明 :界面控制新方法的采用 ,使 Si Cp/Al复合材料损伤、断裂过程中的 Si C颗粒拔出模式发生了转变 ,进而显著提高了材料的整体力学性能 ;小波分析特别适合于提取此类复合材料断裂所致声发射信号的深层特征 ,并可望成为反映颗粒增强金属基复合材料界面区力学行为、评价其界面性能的有效手段     

SiCp／Al复合材料微蠕变行为及其影响因素分析

 通过对碳化硅颗粒增强铝基复合材料（ＳｉＣｐ／Ａｌ）微蠕变性能的测试及微观组织分析,研究了ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料微蠕变变形规律及机理。结果表明,ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料微蠕变变形行为可分为二个阶段：第一阶段是可动位错的耗尽阶段；第二阶段位错全面开动、增殖是引起材料微蠕变的主要原因。材料内的增强体颗粒、析出相可有效的提高材料的微蠕变抗力。     

含环向裂纹厚壁圆筒电磁止裂的应力场分析

以具有轴对称性质、端部带有半埋藏环形裂纹的厚壁圆筒为研究对象,通过对长厚壁圆筒内外环面均匀通入超强脉冲电流进行电磁热止裂。采用复变函数方法求解了脉冲放电瞬间裂纹尖端的温度场和热应力场。在一定的超强脉冲电流作用下,由于环形裂纹尖端的电流绕流热集中效应,裂尖温升超过了金属熔点,使裂尖处金属熔化在内部形成堆焊,钝化了裂尖,并且在裂纹前缘形成了热压应力,阻止了裂纹的扩展。在此基础上还讨论了在电载荷和机械载荷共同作用下裂纹前缘的应力场。     

铝合金薄板中裂纹的电磁热效应局部跨越止裂

 讨论了电磁热裂纹止裂时脉冲放电瞬间的电流、温度和热应力的耦合关系。通过自制的 ZL-1型强脉冲放电止裂装置进行了模拟实验研究;理论分析中采用了复变函数的研究方法给出了跨越止裂后裂纹尖端附近的温度值和热应力值;通过热 -电耦合和热 -机械耦合 2个过程对脉冲放电瞬间的电流 -温度 -热应力的演变进行了数值模拟,数值模拟的结果与理论分析和实验研究有较好的吻合。三方面的研究结果均表明 :通过电磁热效应局部跨越止裂可以使铝合金薄板中裂纹在裂纹尖端处很小的范围内熔化形成微小焊口,减小了裂纹尖端的应力集中,并在裂尖处形成压应力区,从而遏制了裂纹的扩展。该方法可应用于飞机机翼疲劳裂纹的止裂中。