SiC_p/Al复合材料内螺纹螺旋磨削加工方法研究

铝基碳化硅颗粒增强型复合材料(SiC_p/Al复合材料)切削加工性能较差,其内螺纹的切削加工难度更大。在研究SiC_p/Al复合材料磨削加工性能的基础上,提出利用电镀超硬磨料成形砂轮进行SiC_p/Al复合材料内螺纹螺旋磨削加工的工艺方法,并研制了电镀CBN成形砂轮,进行了具体的内螺纹磨削试验。试验结果验证了SiC_p/Al复合材料内螺纹螺旋磨削加工方法的可行性和灵活性。在砂轮线速度v_s=5.86m/s、进给速度v_f=80mm/min的条件下,CBN成形砂轮对SiC_p/Al复合材料展现出较好的磨削能力,单个砂轮可以完成17个M8螺纹孔的螺旋磨削加工,其内螺纹的加工尺寸精度均满足6H塞规的检测要求。同时,电镀CBN砂轮的磨损形式以磨粒磨损为主,砂轮表面未出现大面积脱落的现象。这说明,利用超硬磨料成形砂轮可以实现SiC_p/Al复合材料内螺纹的高效高质量加工,此工艺方法具有较高的工程应用价值,适于在实际生产中推广应用。     

使役条件下SiC_p/Al复合材料的建模拟实

基于有限元方法,通过Python语言开发了SiC_p/Al复合材料的参数化建模程序,利用ABAQUS图形用户界面(GUI)完成了建模过程的可视化,搭建了颗粒的大小、形状、体积含量和分布可控的快速建模拟实平台。利用此平台建立了SiC_p/Al复合材料基于微细观的代表性体积单元(RVE)有限元模型,并先后引入了颗粒的弹脆性断裂行为、基体的弹塑性断裂损伤行为和界面的拉伸-开裂行为,实现了SiC_p/Al复合材料的变形和断裂的全过程模拟。为研究使役条件下SiC_p/Al复合材料的构效关系,建立了颗粒体积含量为7%和14%的复合材料有限元模型,首先研究了拉伸过程中颗粒体积含量对复合材料变形和损伤行为的影响;然后将体积含量为7%的复合材料模拟压缩过程与拉伸过程进行对比,分析了在不同载荷条件下复合材料的变形和损伤机理。实践证明,所建立的SiC_p/Al复合材料参数化建模平台可用于颗粒增强金属基复合材料基于微细观的有限元建模,对复合材料强韧化机理分析和构效关系研究具有重要的价值。     

SiCp/Al复合材料加工损伤及刀具优选研究进展

SiC_p/Al复合材料中增强相SiC颗粒的存在降低了该材料的加工性能,使得其切削加工时产生一系列加工损伤。本文综述了SiC_p/Al复合材料的加工缺陷类型、缺陷形成机理、缺陷控制策略和切削刀具的磨损机理与优选策略,并对今后SiC_p/Al复合材料加工损伤研究进行了展望。     

金刚石涂层刀具钻削高比分SiC_p/Al复合材料试验研究

SiC_p/Al复合材料与传统的金属材料相比,具有优异的物理和热学性能。但在孔加工中,棱边加工缺陷成为影响其在高端产品中使用的主要问题之一。开展金刚石涂层刀具钻削SiC_p/Al复合材料的试验研究,对试验力学信号进行分析,对出入口棱边缺陷形成机理及形貌特征做出了解释。结果表明:使用金刚石涂层刀具钻削SiC_p/Al复合材料时,每步钻削深度、进给速度和主轴转速对轴向力的作用依次减弱;出口处质量明显优于入口处,入口缺陷形成机理主要是Al基体的断裂和SiC颗粒脱落;金刚石涂层钻头适合用于加工SiC_p/Al复合材料。对于SiC_p/Al复合材料的实际加工应用有一定的参考价值。     

陶瓷基层状复合材料超塑成形数值模拟与实验研究

为研究陶瓷基层状复合材料的超塑性能,对其超塑拉深成形过程进行了有限元模拟。结果表明,由超塑性能差异较大的不同陶瓷材料构成的层状复合材料的应力应变状态明显优于相应单一陶瓷材料,因此,很有可能具有优异的超塑性。采用流延制膜和热压烧结工艺制备了Al2O3/3Y-TZP层状复合材料,通过高温拉深实验对该材料进行了超塑成形性能研究。实验表明,当采用合适的应变速率和变形温度时,Al2O3/3Y-TZP层状复合材料具有优良的超塑性能,从而证实了有限元模拟的结论。     

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。     

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.     

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。     

铣削加工参数对SiCp/Al复合材料表面粗糙度的影响

文摘SiC_p/Al复合材料在切削加工中存在严重的表面质量问题。本文设计单因素试验,采用硬质合金涂层刀具对SiC_p/Al复合材料进行铣削加工,研究了加工参数对表面粗糙度的影响。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增大先增大后减小,随进给量、径向切深、轴向切深的增大而增大;使用较大的切削速度、较小的进给量和不大于4 mm的径向切深能获得较好的加工表面质量。     

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。      

超塑性的研究进展、应用和存在的问题

本文简要介绍了国内外陶瓷、金属间化合物、铝锂合金和金属基复合材料超塑性研究的最新进展以及超塑性的较新应用;阐述了超塑等温成形工艺现存的问题及发展方向。     

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。     

超塑性成型工艺优化策略

超塑性能在较低应变速率下得到较大变形量,超塑性成型工艺在航空航天领域多用于制造铝合金零件,一般采用气压在高温下实现。为达到最佳成型效果,对其工艺的优化必不可少。对超塑性及其成型工艺做一简介,介绍了采用数值模拟和实验验证提出的超塑性成型工艺优化策略。提出对超塑性成型工艺的优化按单参数优化和多参数优化分类,并给出了相应分类的优化策略,着重给出了成型时间优化中的气压控制和控制空间搜索策略及零件厚度优化,指出了后续研究的方向。     

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。     

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。     

金属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。对于调整超塑性的变形机制，尤其是颗粒增强金融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。     

固化工艺参数对聚酰亚胺复合材料性能影响

采用热压罐成型工艺制备了MT300/902聚酰亚胺复合材料,测试了加压温度、加压大小和固化温度下复合材料的力学性能,分析了不同固化工艺参数对复合材料力学性能的影响规律。结果表明:MT300/902聚酰亚胺复合材料固化时的最佳加压时机为240～260℃、加压不小于1.2 MPa、固化温度在310～330℃为最佳。按照最优的成型工艺参数制备的复合材料构件质量高,缺陷能够控制在2%以下,力学性能进一步提高。     

超声振动对纳米SiC_p/Al-5Cu复合材料组织与性能的影响

结合超声处理、干式高能球磨与挤压铸造工艺制备纳米SiC_p/Al-5Cu(质量分数/%,下同)铝基复合材料。研究发现超声振动处理能有效改善纳米颗粒分布。超声振动1 min后,由于声空化与声流作用,大块的颗粒团聚被消除。超声处理5 min后,所有的团聚被分散,颗粒在基体合金中均匀分布。1%纳米SiC_p/Al-5Cu复合材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为270 MPa,173 MPa和13.3%,相比于Al-5Cu基体合金,相应地提高了7.6%,6.8%和29%,并且比未超声的复合材料分别提高了27.4%,9.5%和303%。经超声振动处理后的复合材料,其力学性能的提高主要归因于增强相的均匀分布与铝合金基体的晶粒细化。     

SiCf/TB8复合材料的制备及其热物理性能研究

通过对SiCf/TB8复合材料制备工艺参数的优化,得到最佳工艺参数为830℃/120MPa/2h.对SiCf/TB8复合材料的热物理性能进行了测定,SiCf/TB8复合材料的热膨胀和热导性能高于TB8基体,随着热处理时间的延长,SiCf/TB8复合材料的热物理性能表现出良好的稳定性.     

铝基复合材料及其超塑性

本文简要介绍了铝基复合材料的制造方法，超塑性研究及其应用，探讨了铝基复合材料制造中的组织缺陷，并结合学科交叉阐述了铝基复合材料超塑性及应用研究的发展趋势。