金属基复合材料的研究与发展

本文简述了金属基复合材料研究发展的概况，包括其体系、增强剂、复合工艺技术及界面等。介绍了我国金属基复合材料的基本体系及性能。提出了对金属基复合材料的市场背景和应有前景的看法。     

国外工艺动态

编者按］金属基复合材料的连接对构件的重量、强度有直接影响，同时也影响构件的成本及应用。下面的几则信息集中报道了有关金属基复合材料的连接技术。金属基复合材料的连接金属基复合材料构件最理想的是近形成形，尽量避免连接。但是，金属基复合材料相互间及它与金属构...     

纤维增强金属基复合材料及基在航空发动机上的应用

回顾了纤维复合材料，尤其是金属基复合材料的发展及应用情况，对金属基复合材料应用中涉及的一些问题进行了讨论。鉴于西方发达国家航空新材料研究以及在航空发动机上应用取得的巨大成功，和我国金属基复合材料的研制、应用落后的现状，呼吁在未来航空发动机发展规划中要加大对金属基复合材料及其应用的研究，重视建立适合金属基复合材料结构强度的寿命预测分析系统。     

金属基复合材料热膨胀特性研究

采用应变片连续记录法对金属基复合材料在冷热交变下的热膨胀特性进行了试验研究。试验结果表明，金属基复合材料在热循环时显示了非线性的热膨胀曲线，产生滞后环和残余应变，其量级与金属基复合材料的种类，基体的初始应力状态及热幅度有关，本文对滞后环、残余应变产生的原因及金属基复合材料的尺寸稳定性等进行了研究。     

金属基复合材料界面与内聚力模型的研究进展

首先对金属基复合材料的界面物相组成和检测、结合强度等方面的研究进展进行综述,基于传统断裂力学,对现有金属基复合材料界面相进行表征的内聚力模型进行分析,探讨了内聚力本构关系及参数获取方法,并对模拟仿真在金属基复合材料界面相中的应用进行了总结,提出了未来研究的重点和方向。     

金属基复合材料力学性能研究进展

为了探明金属基复合材料的发展方向,并为其进一步研究提供理论依据,介绍了金属基复合材料静态拉伸及疲劳力学性能的研究现状,研究了其界面模型的发展情况。结果表明:金属基复合材料轴向拉伸载荷作用下的宏-细观统一本构模型发展已相当成熟,并已得到试验验证,但其在偏轴拉伸载荷和疲劳载荷作用下的本构模型仍需深入研究和验证。对金属基复合材料界面性能的研究已取得一定成果,但并未获得较准确的界面参数。     

碳化硅增强金属基复合材料的新型制备工艺

综述碳化硅增强金属基复合材料的几种主要制备方法 ,重点阐述了创新性的以β-SiC球形纳米粉体为增强相,利用金属粉末注射成型工艺制备碳化硅增强金属基复合材料的原理、流程和优点。对产品性能进行测试,并与国外产品进行对比,结果表明产品具有高精度、高性能、低成本、耐盐雾性好等优点。最后对碳化硅增强金属基复合材料的发展和应用进行了展望。     

非连续增强金属基复合材料的热残余应力

详细地论述了非连续增强金属基复合材料热残余应力的产生、松弛机理以及热残余应力对材料组织和性能的影响，并预测了今后的发展方向。指出增强体与基体的线膨胀系数之差、界面结合和温度变化是产生热残余应力的必要条件，非连续增强金属基复合材料的热残余应力的松弛将使得金属基复合材料基体内的位错密度增加，热残余应力使复合材料的拉伸强度降低。     

粉末冶金制备碳纳米管增强金属基复合材料：进展和挑战

自20世纪90年代以来,碳纳米管增强金属基复合材料的研究备受关注,但尚未转化为商业应用。迄今,粉末冶金已成为制备该类金属基复合材料的主要工艺。结合碳纳米管表面涂层或原位自生碳纳米管,利用球磨、挤压、轧制或大塑性变形等工艺,可明显改善碳纳米管在基体中的分散和界面结合。目前已经可以制备0.5%～7.5%碳纳米管（体积分数）的高性能金属基复合材料。总结了碳纳米管增强金属基复合材料在制备工艺、组织和性能方面的研究进展,探讨了其潜在应用、挑战和未来方向。     

非连续增强金属基复合材料的车削加工

本文阐明了研究非连续增强金属基复合材料车削加工的必要性和重要性,综述了非连续增强金属基复合材料车削加工的研究现状,指出了在研究非连续增强金属基复合材料车削加工过程中需要解决的几个问题和这一研究的发展前景。     

Analytical model of cutting force in axial ultrasonic vibration-assisted milling in-situ TiB2/7050Al PRMMCs

Ultrasonic vibration-assisted milling has been widely applied in machining the difficult-to-cut materials owing to the remarkable improvements in reducing the cutting force. However, analytical models to reveal the mechanism and predict the cutting force of ultrasonic vibration-assisted milling metal matrix composites are still needed to be developed. In this paper, an analytical model of cutting force was established for ultrasonic vibration-assisted milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites. During modeling, change of motion of the cutting tool, contact of tool-chip-workpiece and acceleration of the chip caused by ultrasonic vibration was considered based on equivalent oblique cutting model. Meanwhile, material properties, tool geometry, cutting parameters and vibration parameters were taken into consideration. Furthermore, the developed analytical force model was validated with and without ultrasonic vibration milling experiments on in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites. The predicted cutting forces show to be consistent well with the measured cutting forces. Besides, the relative error of instantaneous maximum forces between the predicted and measured data is from 0.4% to 15.1%. The analytical model is significant for cutting force prediction not only in ultrasonic-vibration assisted milling but also in conventional milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites, which was proved with general applicability.     

SiC_p/Al复合材料高速铣削切削力模型建立

使用聚晶金刚石(PCD)刀具并采用正交试验设计法,对含不同体分比的碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/2009Al)进行高速铣削试验。在测量切削力和切屑厚度的基础上,建立了剪切角、剪切应力和摩擦角的预测模型,并结合金属切削基本理论公式建立了切削力的预测模型。该模型包含铣削速度、每齿进给量、径向切宽、增强颗粒体分比等重要参数,模型对进给方向最大铣削力预测值的平均误差为5.9%,对铣刀径向切深方向最大铣削力预测值的平均误差为9.2%,皆高于普通经验公式的预测精度,从而可对SiCp/2009Al复合材料高速铣削时的铣削力进行有效预测。     

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.     

不同刀具车削加工高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂切削力研究

为探索高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的切削加工性能,对该类材料进行大直径薄壁回转类零件的车削加工。采用四种不同刀具进行实验研究,获得了不同切削参数及不同刀具材料对切削力的影响规律。试验结果表明:切削用量三要素中,切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,而切削速度的影响很小。当切削速度为119.32 mm/min、进给量为0.1 mm/r、背吃刀量为0.5 mm时,为最优切削参数。Ti-Al-Si-N纳米涂层硬质合金和超硬材料F2HX无涂层硬质合金刀具适合于低速加工,而PCD刀具则适合于高速加工。     

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。     

SiC_(f)/SiC复合材料铣削加工表面质量北大核心CSCD

使用PCD立式铣刀对聚合物浸渍裂解法(PIP)制备的SiC_(f)/SiC复合材料开展单因素铣削试验,通过对加工中产生的切削力和加工后的表面粗糙度进行测量,分析了铣削工艺参数对其的影响;对加工表面、纤维断口进行SEM分析,讨论了SiC_(f)/SiC复合材料加工表面的形成。研究结果表明,表面粗糙度与切削力的变化趋势相同,高主轴转速和小切削宽度有利于得到表面粗糙度较小的加工表面;近孔洞区域与远离孔洞区域的材料去除方式不同;材料中纤维发生面内偏移和层间屈曲,纤维存在多种去除方式。     

PCBN刀具磨损性能的试验研究

对PCBN刀具车削淬硬钢、冷硬铸铁和复合材料等的磨损性能进行了试验研究,结果表明PCBN刀具的切削性能优于硬质合金与陶瓷刀具.近年来,PCBN刀具材料的制造工艺和综合力学性能有了很大的发展,它能有效地对黑色金属进行粗加工.     

C/SiC复合材料AUAG加工机理及实验研究

对C/SiC复合材料沿纤维分布方向超声磨削加工AUAG展开研究,对超声加工C/Si C复合材料的表面微观结构以及机械性能进行了评估,对表面质量随加工参数的变化而变化展开了研究。结果表明通过AUAG超声磨削加工参数的优化设计,可以得到较好的表面质量。     

超声振动切削金属基复合材料的刀具磨损

用实验提示超声复合加工含有硬脆强化相如SiCp、Al2O3p、SiCw等的金属基复合材料,当比例较低时,能有效地减少刀具磨损,提高刀具的耐用度;比例较高时,效果不明显.     

整体叶盘叶片加工变形控制技术研究

针对五坐标加工中心(MIKRON UCP1350)采用五轴联动方式加工整体叶盘时叶片和刀具受力变形较大的问题,从加工整体叶盘叶片的工艺特点着手,结合传统切削力理论公式计算和加工时叶片的有限元分析,对加工变形控制展开研究.在初步确定切削参数值后,经过试件实际试加工,修正切削参数值使加工后叶片既满足叶型面变形在公差允许范围...