微量液相与铝基复合材料的高应变速率超塑性

对展现高应变速率超塑性变形行为的β－ＳｉＣ晶须增强ＬＹ１２铝基复合材料、β－ＳｉＣ晶须增强Ｌ４纯铝基复合材料进行了差示扫描量热（ＤＳＣ）分析,探讨微量液相在铝基复合材料高应变速率超塑性变形过程中的作用。研究表明：适当的微量液相是铝基复合材料获得好的高应变速率超塑性的必要条件。     

不连续碳化硅增强铝基复合材料磨损性能的研究

本文对粉末冶金法制备的SiC晶须(SiC_w)与SiC颗粒(SiC_p)增强的2024Al、2124Al复合材料在销盘式磨料磨损试验机上进行了磨损试验,并用扫描电镜对磨损表面进行了观察。结果表明,与基体合金相比复合材料的抗磨性能显著提高,复合材料的抗磨性能主要取决于增强组元的含量与大小,30vol.％SiC_(p(20μm))/2024Al复合材料的抗磨性可达基体合金的5倍。     

塑性加工对SiCp／Al复合材料微观组织的影响

开展了塑性加工对ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料微观组织影响的试验研究。结果表明：ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料在固态下的塑性变形是通过其金属基体的塑性变形来实现的;当金属基体塑性变形时,增强颗粒通过转动在金属基体粒子边界上顺着变形方向形成定向排列。     

碳纤维复合材料压缩性能的研究

本文研究了由三种力学性能不同的基体制备的单向碳纤维复合材料的压缩性能及破坏特征,探讨了基体性能对碳纤维复合材料压缩性能的影响。结果表明,复合材料的纵向压缩强度是基体压缩模量、泊松此和拉伸比例极限应变的函数。当纤维体积含量、基体压缩模量和泊松比变化不大时,其纵向压缩强度随基体拉伸比例极限应变的提高而提高;复合材料的横向压缩强度大于基体的压缩强度;当基体的模量降低和韧性增加时,复合材料的横向压缩破坏的破断角增大,横向压缩强度有所降低。     

不同应力水平对碳纤维复合材料疲劳剩余刚度的影响

为研究碳纤维复合材料疲劳行为和应力水平对其疲劳剩余刚度的影响,进行碳纤维复合材料的静拉伸实验和疲劳实验,采用扫描电镜(SEM)观察其断口形貌。结果表明:室温下碳纤维复合材料具有很好抗疲劳特性,在48%的极限抗拉强度载荷下的循环数超过10~6;不同应力水平下的剩余刚度下降程度不同,疲劳前期阶段,高应力水平下的剩余刚度下降程度低,低应力水平下降程度较高;不同应力水平下的剩余刚度阶段界限特征显著度不同,低应力下的阶段界限显著,而高应力下的阶段界限较模糊;断口分析表明,随着应力水平的降低,疲劳失效模式更加复杂,高应力水平下,主要表现为纤维簇断裂,而低应力水平下的失效模式包括纤维和基体断裂、界面脱粘及纤维拔出等。     

叠层穿刺CF/Al复合材料准静态拉伸力学行为与失效机制

针对新型的叠层穿刺碳纤维织物增强铝基复合材料（CF/Al复合材料）,通过细观力学数值模拟与实验结合的方法研究了其在准静态拉伸载荷作用下的渐进损伤与断裂力学行为。复合材料经向拉伸弹性模量、极限强度与断裂应变的实验结果分别为129.61 GPa、630.14 MPa和0.75%,细观力学模型预测误差分别为-9.41%、7.57%和1.33%,均匀化计算的宏观应力-应变曲线与实验曲线总体上相符。经向拉伸变形初期首先出现经/纬纱交织处基体合金的局部损伤,随着拉伸应变量的增大依次发生纬纱和穿刺纱的横向开裂,拉伸变形后期基体合金与经纱失效引起宏观应力-应变曲线的急剧下降,复合材料拉伸断口表现为经纱轴向断裂及纬纱和穿刺纱横向开裂共存的形貌特征,纤维拔出和基体断裂导致的经纱轴向断裂是诱发复合材料最终失效的主要机制。     

进给速度对MI工艺制备SiCf/SiC复合材料加工损伤的影响

采用超声辅助磨削对MI工艺制备的SiC_f/SiC复合材料表面进行磨削加工，研究了进给速度对复合材料性能的影响。结果表明：采用超声辅助磨削加工SiC_f/SiC复合材料表面时，加工区域出现纤维脱粘、断裂、破碎及基体裂纹和脱落现象，且纤维与基体界面会有裂纹产生。当进给速度提高时，复合材料表面损伤加重，导致其比例极限强度和最大载荷降低。进给速度由400 mm/min提高至1 000 mm/min时，SiC_f/SiC复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别降低4.7%和20.6%。     

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     

原位自生TiB2/Al基复合材料的制备及性能

在合金的基础上进一步引入纳米陶瓷颗粒,从而制备出颗粒增强金属基复合材料,是提高金属材料综合性能的重要手段。本文从原位自生TiB_2/Al基复合材料的制备方法、不同加工工艺下复合材料的微观组织、复合材料的力学性能三个方面总结了其研究现状,同时展望了原位自生TiB_2/Al基复合材料的发展方向。通过原位自生方法制备出的TiB_2颗粒增强铝基复合材料具有颗粒尺寸小、与基体界面结合良好等优点。通过合金化设计、热加工塑性变形、快速凝固工艺可进一步改善纳米陶瓷颗粒的分散性。相对于外加法制备的金属基复合材料,原位自生TiB_2/Al基复合材料具有更加优异的力学性能,如弹性模量、强度、抗疲劳性能、抗蠕变性能等。     

热处理对15%SiCp/2009Al复合材料力学性能与断裂行为的影响

使用不同固溶温度对粉末冶金工艺制备的15％SiCp／2009Al复合材料进行了处理，经过自然时效后进行了拉伸试验。结果表明：复合材料强度与塑性均随着固溶温度的提高而增加；挤压态的复合材料强度与基体合金基本相同。动态拉伸和断口形貌观察表明：挤压态的复合材料断裂形式为界面和基体中形成孔洞并相互连接导致试样断裂；而热处理后界面附近的基体中形成孔洞以及颗粒开裂并向基体中扩展导致试样断裂。     

复合材料高效加工刀具技术

复合材料具有高比强、高比模、耐疲劳等诸多优点,因而,已越来越广泛地被应用在航空航天制造业中,如波音787飞机复合材料的应用量已达到50％.我国飞机上复合材料的应用比例也大幅度增加.但是,复合材料是一种非常难加工的材料,其主要原因是复合材料是2种或2种以上的材料通过物理方法形成的,不同于晶格结构的金属,因而材料的塑性变形难,散热性也差,因此,复合材料铣削加工性能差、效率低、刀具寿命短,被加工表面粗糙度值高,易出现分层或抽丝现象.传统的复合材料加工刀具的切削刃不足够锋利、切削阻力大,加剧了刀具的磨损,而且刀具的切削进给速度很低,很难满足复合材料优质高效的加工要求.     

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。     

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。     

铝基复合材料国内外技术水平及应用状况

铝基复合材料相对于传统基体合金具有高的比强度、比刚度和优良的高温力学性能、低的热膨胀系数、优良的耐磨性,在航空、航天、汽车、电子和交通运输工业具有十分广阔的应用前景。综述了铝基复合材料种类和制备方法、铝基复合材料国内外技术发展水平、铝基复合材料应用领域分析几方面,希望读者对铝基复合材料国内外技术水平及应用状况有所了解。     

含磷IN718合金高应变速率下超塑性变形行为的试验研究

研究了含0.022％磷的IN718合金在高应变速率(5×102～4×10-1s-1)下的超塑性变形行为及机制.在试验条件下,合金的拉伸延伸率均超过100％,具有超塑性变形能力 随应变速率升高,延伸率降低至139％,试样颈缩严重,呈针尖状“点式”断口,断口附近晶粒组织明显细化,并存在与拉伸方向平行的纵向裂纹,碳化物对塑性变形的阻碍作用是裂纹形成的重要原因.当变形速率为5×10-2～10-1s-1时,IN718合金的超塑性变形机制为动态再结晶;当变形速率为2×10-1～4×10-1s-1时,动态再结晶仍为主要变形机制,但孪晶开始形成并起重要的协调变形作用.     

涡扇发动机空气导管开裂故障研究

针对涡扇发动机试车中出现的空气导管开裂故障,进行了故障件断口外观形貌及断口和原材料分析。利用Pairs公式反推出的断口疲劳扩展区的应力,低于TA15钛合金拉伸强度极限15.6%;而空气导管带刀痕试样的高周疲劳强度极限,低于该合金在材料数据手册中的疲劳强度极限27.4%。故障原因主要是加工刀痕降低了构件的疲劳强度极限,在发动机试车过程中的振动和空气导管内外腔压差变化载荷作用下,导致了裂纹萌生和扩展,这也表明TA15钛合金具有缺口敏感性。     

复合材料断口形貌与性能

本文用扫描电镜分析复合材料断口形貌的方法,研究了基体性能、固化过程中的加压时机对复合材料力学性能的影响。并分析了断口形貌与力学性能的内在联系。研究结果可供设计复合材料参考。     

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。     

平纹编织C/SiC复合材料在室温和高温环境下的拉伸行为

通过单向拉伸试验,对比研究平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料在室温和高温(1300℃,包括惰性气氛和湿氧气氛)环境下的宏观力学特性,并采用光学显微镜和扫描电镜对试件断口进行显微观察,分析其损伤模式和破坏机理。结果表明:C/SiC复合材料的室温和高温拉伸行为通常表现为非线性特征,在低应力时就开始出现损伤;纤维与基体之间界面滑行阻力的降低使C/SiC复合材料在高温惰性气氛环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的高;碳纤维的氧化严重影响材料的承载能力导致高温湿氧环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的低;C/SiC复合材料室温和高温下的拉伸均呈现韧性断裂,断口较为相似,只是纤维拔出长度和断口的平齐程度有所不同,其中高温惰性气氛环境下纤维拔出最长,高温湿氧环境下试件断口有明显的被氧化痕迹;0°纤维束表面基体开裂、明显的层间分层以及0°纤维和纤维束的拔出和断裂同时携带90°纤维束拔出是C/SiC复合材料在室温和高温下的拉伸破坏机理。     

半固态加工Ti14阻燃合金的高温拉伸性能和断口特征

以新型阻燃合金Ti14为研究对象,通过力学性能测试和断口分析等方法对比研究了合金常规加工和半固态加工后,试样在不同温度区间的宏观力学行为,分析了断口的宏观、微观形貌及断裂机制.结果表明:半固态加工试样300℃以下拉伸,表现出高强度、低塑性特征,400℃以上拉伸两种加工方法的强度和塑性非常接近;半固态高温断口特征表现为韧性断裂,宏观断口存在明显的二次裂纹.