闭孔胞状泡沫铝的单向压缩力学性能和吸能能力

通过不同孔隙度闭孔胞状泡沫铝的准静态压缩试验,研究泡沫铝孔隙度对其力学性能和吸能能力的影响。闭孔胞状泡沫铝单轴压缩应力应变曲线呈现明显的3个阶段:线性变形、平台阶段、致密化阶段;在单向压缩情况下,泡沫铝的压缩强度、吸能能力随着孔隙度的增大而减小;采用Gibson-Ashby的模型分析闭孔胞状泡沫铝的压缩屈服强度,并提出泡沫铝吸能能力公式,为工程应用提供理论支持。     

低应变速率下小孔径泡沫铝的压缩性能研究

以6061铝合金粉为原料,以Ti H2粉为发泡剂,研究了低应变速率下小孔径泡沫铝的压缩性能。结果表明:粉末冶金法制备的泡沫铝孔径小,孔结构均匀。随着压缩压力的增加,泡沫铝经历弹性变形、坍塌变形和致密化3个阶段。泡沫铝静态压缩应力-应变曲线呈弧线形,随着应变量的增加,不同孔隙率的泡沫铝的应力呈相同的变化趋势。泡沫铝的吸能能力与应变量成正比,与孔隙率成反比;而吸能效率和孔隙率成正比,随应变量增大先升高后降低。     

聚氨酯/蜂窝铝复合材料的压缩力学行为及缓冲吸能特性

对空芯蜂窝铝(六边形孔)、聚氨酯、聚氨酯/蜂窝铝复合材料进行压缩试验,分析蜂窝铝和聚氨酯复合后的压缩力学行为及缓冲吸能特性.结果表明:复合材料的应力-应变曲线表现出弹性、屈服和密实三个阶段,初始刚度和屈服应力较空芯蜂窝铝有很大提高;蜂窝铝的加入使聚氨酯的变形回复降低25%;复合材料的最大吸能效率是单纯聚氨酯的1.47倍,且较大应力下复合材料具有比单纯聚氨酯更好的吸能效率;聚氨酯填充1 mm孔径蜂窝铝复合材料的最大吸能效率是聚氨酯填充2 mm孔径蜂窝铝复合材料的1.37倍;加载速率越大,吸能效率的峰值越大,且在达到最大吸能效率时的应力越大.      

泡沫铝在汽车上的开发应用

泡沫铝具有轻量化优势及多功能兼容性,适应汽车轻量化、低能耗和安全舒适的发展方向,有望满足汽车工业节能减排的现实需求,具有重要的应用意义。本文测试了泡沫铝板及其复合三明治板的力学性能,试验包括准静态弯曲和压缩试验;通过验证不同规格试样在两种受力模式下的变形特点,分析了泡沫铝的失效机制。研究结果表明:随着厚度的增加,泡沫铝材料整体抵抗载荷的稳定性和均匀性提高、吸能性增大,表现为材料断裂挠度显著增大。相同规格的泡沫铝三明治复合板力学性能明显优于泡沫铝试样,与泡沫铝试样相比,三明治复合板的抗弯强度和弯曲模量增加7倍,断裂挠度基本相等;其压缩强度增加1倍,屈服强度值达18.37 MPa,屈服应变由3.6%增大为8.9%,材料抵抗压缩变形的稳定性和强度显著提高。泡沫铝制备的三明治复合板的显著性能优势和轻量化特性,使其在汽车行业具有重要的应用价值。     

闭孔泡沫铝准静态压缩试验的有限元仿真

根据泡沫铝孔洞的结构特点,建立了单一孔十八面体力学框架模型,进而组建泡沫铝力学矩阵模型。通过有限元分析软件对其进行纵向加载准静态模拟仿真试验,得到了力学矩阵模型的应力分布图、位移与变形分布图以及应力-应变曲线。将仿真试验得到的应力-应变曲线分为4个阶段,分析了各阶段的产生过程和力学原理,得到泡沫铝纵向准静态压缩时的力学相关性能,为进一步实体试验和工程应用提供了技术参考。     

高应变下挤压态Mg-8Zn-2.5Nd-0.8Y镁合金的力学性能和组织演变分析

采用分离式霍普金森压杆,测试挤压态Mg-8Zn-2.5Nd-0.8Y镁合金在不同应变速率下的真应力-真应变曲线,并分析其高应变压缩时的组织演变。结果表明:横向压缩曲线未形成明显屈服,表现出连续屈服的特点,当应变速率增大,最大流变应力随之增大。纵向压缩曲线具有连续屈服的特点,表现出明显的正应变速率强化特征。横向与纵向屈服强度都随应变速率的增大而增大。挤压态镁合金基体中生成了明显的再结晶组织,晶粒平均尺寸约为25μm。试样进行横向压缩后,基体中生成了很多孪晶组织,孪晶之间相互平行。纵向压缩变形组织中生成了更多细小的孪晶组织。     

超轻海绵铝的力学性能研究

采用复模铸造和渗流联合法、以可燃型聚氨酯发泡球为填充料制备了海绵铝(孔隙率92%~98%),研究了海绵铝的力学性能。通过分析可知,海绵铝的压缩曲线可近似划分为线弹性段、平台段、致密段3个阶段;由于孔棱厚度较小,孔结构极易发生破坏,导致海绵铝的屈服强度随着孔隙率增加而迅速下降;海绵铝的吸能曲线近似为直线;平台阶段其吸能效率在60%~80%之间波动。     

真空吸铸法制备铝基空心陶瓷球泡沫材料的结构和性能

采用真空吸铸法制备了不同粒径的铝基空心陶瓷球泡沫材料。利用金相、扫描电镜观察、能谱分析和力学性能测试等手段对所制备复合材料的微观组织和性能进行了研究,结果表明:陶瓷球在铝基体中分布均匀,陶瓷球与基体之间未出现裂纹和缝隙,未出现明显的元素扩散的现象;不同粒径空心陶瓷球铝基复合材料的压缩应力-应变曲线的形状不尽相同;粒径小的陶瓷球铝基复合材料的压缩应力高于粒径大的复合材料。     

放电等离子烧结溶解法制备SiC/Al复合泡沫 材料及其压缩性能

以纯铝为基体,NaCl作为造孔剂,粒径为20μm的SiC颗粒为增强相,采用放电等离子烧结溶解法制备SiC/Al复合泡沫。用SEM、EDS对其微观形貌进行表征,并对该复合泡沫材料进行压缩实验,研究其室温下的压缩性能.结果表明:在真空状态下,采用烧结温度550℃,外加压力30 MPa,保温时间10min,能够制备出致密度在97. 6%,性能优异的SiC/Al复合泡沫材料.与纯泡沫铝相比,SiC/Al复合泡沫的强度高,当SiC的添加量(质量分数)为10%时,SiC/Al复合泡沫的强度为58 MPa,增长幅度为82. 76%.     

高比强泡沫铝填充方管的扭转性能及吸能能力研究

研究了泡沫铝填充方管高温加热前、后的扭转性能和吸能能力。结果表明:高温加热后,泡沫铝填充方管的扭转曲线与常温情况下相似,共分为4个阶段;其吸能曲线在高温加热前后均近似为直线;经过最高温度为1 000℃的加热后,泡沫铝填充方管的扭转承载能力和吸能能力均显著下降。     

废泡沫铝回收及循环利用

为了将废泡沫铝重熔回收,采用熔剂覆盖法进行重熔.结果表明,加入合适的熔剂,在一定温度下充分搅拌,废泡沫铝的回收率达到75%左右;回收所得的再生铝泡沫化性能和原铝类似,泡沫化制备时二者的黏度变化趋势一致,泡沫再生铝的压缩σ-ε曲线平滑,也分为线弹性阶段、屈服平台阶段和紧实阶段.     

反重力渗流铸造法制备开孔泡沫铝材料

采用反重力渗流铸造法成功制备了开孔泡沫铝材料,分析了材料的准静态压缩性能及主要制备工艺参数与开孔泡沫铝空隙度之间的关系。研究结果表明：采用反重力渗流铸造法所制备的泡沫铝几乎没有宏观缺陷,孔洞分布均匀、孔壁结构完整;泡沫铝的空隙度对其压缩性能的影响很大,泡沫铝的屈服强度与平台应力均随空隙度的降低而升高;提高粒子预热温度、增大保压压力或延长保压时间,均有助于降低空隙度。     

纳米SiC颗粒增强2024铝基复合材料的力学性能研究

采用粉末冶金法制备了1%(体积分数)纳米SiC颗粒增强2024铝基复合材料,并研究了其力学性能。实验结果表明,1%纳米SiC颗粒增强2024铝基复合材料具有优良的室温力学性能,并且在200℃时表现了较好的高温性能,在315℃时强度下降。研究表明,纳米SiC可以增加增强粒子的表面积,减小增强粒子的颗粒间距,使大量弥散分布的纳米SiC颗粒起到钉扎位错的作用,而且可以细化2024铝基体的晶粒,因而表现了良好的力学性能。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的研究进展

简要介绍了SiC颗粒增强铝基复合材料的优点及几种制备方法,包括搅拌法、浸渗法、喷射法、粉末冶金法和固液分离法;并对其后热变形加工参数对复合材料的性能影响进行了论述;最后,展望了粉末冶金法制备铝基复合材料的发展前景。     

颗粒增强铝基复合材料疲劳断裂研究

对粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行了旋转弯曲疲劳试验研究。采用金相显微镜和扫描电镜分别观察了疲劳试验后复合材料纵向显微组织和疲劳断口。通过金相显微镜,观察了增强体颗粒在疲劳循环应力水平下可能的损伤形式。通过疲劳断口观察,分析了断面上不同区域的疲劳裂纹传播特征。结果表明,增强体的加入有效地提高了复合材料的屈服强度、弹性模量和疲劳性能,使复合材料高周疲劳极限提高到约250MPa（1×10^7循环周次）。复合材料的疲劳损伤随机分布于试样内。断口分析还表明复合材料疲劳同样遵循裂纹萌生,长大,失稳断裂规律,其裂纹起源于铝基体内。加入SiC颗粒减弱或遮盖了疲劳裂纹传播时的晶体学特征,使得复合材料高周疲劳断面没有发现常见的疲劳辉纹。     

SiC和Si混合颗粒增强铝基复合材料的研究现状

SiC颗粒增强含Si铝基复合材料在制备过程中由于Si颗粒的析出,使其成为SiC和Si混合颗粒增强铝基复合材料。SiC和Si混合颗粒增强铝基复合材料具有比强度和比刚度高、耐磨性和耐疲劳性好、尺寸稳定性强、轻质等性能,广泛应用于航空、航天、电子电器等工业领域。主要介绍了SiC和Si混合颗粒增强铝基复合材料的研究现状及几种制备工艺,分析了其显微组织中存在的缺陷及复合材料性能的影响因素;展望了SiC和Si混合颗粒增强铝基复合材料的应用前景。     

颗粒尺寸对15%SiC_p/2009Al复合材料断裂韧性的影响

采用粉末冶金+挤压工艺制备了含不同粒径SiC颗粒(3.5, 5.0, 10.0和15.0μm)的15%SiC_p/2009A1复合材料挤压棒材,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和万能试验机研究了SiC颗粒尺寸对15%SiC_p/2009Al复合材料力学性能的影响。结果表明, SiC颗粒尺寸对复合材料强度和韧性的影响效果十分显著。随着SiC颗粒从3.5μm增大至15μm,复合材料的强度逐渐减小,而延伸率则逐渐增大。SiC颗粒尺寸为5.0μm时,复合材料的强度和塑性最佳,抗拉强度(R_m)、屈服强度(R_(p0.2))分别为582, 382 MPa,延伸率(A)为10%,断裂韧性(K_(IC))为33.7 MPa·m~(1/2)。SiC颗粒尺寸为3.5μm时,复合材料的断裂以SiC颗粒周围的铝基体韧性撕裂为主, SiC颗粒尺寸超过5.0μm时,复合材料断裂方式为SiC颗粒周围的铝基体韧性撕裂和SiC颗粒脆性断裂的共同作用,由于SiC-Al界面结合较好,未发现SiC-Al界面脱粘的失效形式。     

泡孔结构对原位生成TiB2增强铝基泡沫材料阻尼性能的影响

以原位生成TiB2颗粒增强铝合金为基体,在不同正压压力条件下通过熔体发泡法制备不同泡孔结构特征的Al-TiB2复合泡沫,借助CT,SEM等手段重点研究了泡孔结构对Al-TiB2复合泡沫阻尼性能的影响和阻尼机制.研究结果表明,随着外加压力的增大,Al-TiB2复合泡沫材料的孔隙率逐渐减小,材料的屈服强度和杨氏模量逐渐增大,损耗因子逐渐降低.在试验温度范围内,Al-TiB2复合泡沫材料的损耗因子比具有相似孔隙率的纯铝泡沫提高了35％～80％.原位生成的TiB2颗粒能与铝基体形成大量的Al-TiB2相界面,孔隙率的增大能够提高复合泡沫的比表面积;大量的相界面和较高的比表面积均能提升振动过程中Al-TiB2复合泡沫的内耗源,从而提高泡沫材料的阻尼性能.     

双尺度SiC颗粒增强铝基复合材料的研究

采用粉末冶金真空热压烧结法制备了双尺度(纳米、微米)混杂SiC颗粒增强铝基复合材料,并研究其微观组织、密度、硬度及耐磨性。结果表明,微米SiC与基体界面结合较好,分布均匀,没有明显的团聚现象;当纳米SiC质量分数为3%,微米SiC质量分数在0~20%之间时,复合材料的相对密度、硬度、耐磨性均先提高后降低;当微米SiC含量为15%,纳米SiC含量在0~4%之间变化时,复合材料的性能不断提高;微米纳米混杂颗粒增强、单一微米颗粒增强、单一纳米颗粒增强复合材料的最大硬度分别是78.9 HV、70.7 HV、65.8 HV,比基体分别提高56.86%、40.56%、30.81%,耐磨性分别是基体的2.29倍、1.39倍、1.23倍。     

15%SiC_p/2009A1复合材料的热变形行为及加工图

为了研发高性能颗粒增强铝基复合材料,采用Gleeble-3800热模拟试验机,研究了粉末冶金15%SiC_p/2009A1复合材料在变形温度为370~520℃、应变速率为0.01~10.00 s-1条件下的高温变形特性。结果表明,当变形速率一定时,该复合材料的流变应力随变形温度升高而降低;当变形温度一定时,复合材料的流变应力随应变速率增大而提高。采用动态材料模型建立了15%SiC_p/2009A1复合材料的热加工图。热加工图表明,在较高应变速率区域(2.00~10.00 s~(-1)),出现流变失稳,有少量颗粒—基体界面开裂和SiC颗粒本身破碎。该复合材料的动态再结晶区域位于加工图的较低应变速率区域(1.00 s~(-1)),功率耗散率值较为适中,为0.24~0.35,此时材料具有良好的塑性,适合进行热加工变形。综合加工图以及微观组织观察结果,获得了复合材料热变形的最佳工艺参数:变形温度为450~490℃、应变速率为0.01~0.10 s~(-1)。