Al2O3—SiO2系纤维增强ZL109合金复合材料的高温蠕变特性

用加压铸造法制取Al2O3-SiO2系纤维增强ZL109合金复合材料,研究了在不同温度和不同试验应力下复合材料和ZL109合金的高温蠕变特性,结果表明：经纤维增强的复合材料,在573K下的蠕变极限强度是ZL109合金的1.2倍,在673K的蠕变极限强度是Z109合金的4倍,但复合材料的蠕变断裂具有突发性。     

Al2O3-SiO2／AZ91D复合材料蠕变行为的研究

研究了Al2O3-SiO2短纤维增强AZ91D复合材料在不同温度下的蠕变性能。结果表明,Al2O3-SiO2／AZ91D复合材料具有良好的抗高温蠕变性能。显微分析发现,复合材料在蠕变过程中部分纤维发生断裂。纤维／基体界面处的缺陷和微裂纹在加载应力的作用下逐渐扩展,最终导致复合材料的蠕变断裂。     

304不锈钢/TiNi纤维对增强ZL105A复合材料组织和性能的影响

为获得轻质高强度铝合金,通过真空液相吸铸工艺将304不锈钢/TiNi纤维分别嵌入到ZL105A铝合金内部,制备出高性能的纤维增强ZL105A铝基复合材料。通过试验,观察纤维表面镀铜状态对接合界面的影响,探究不同纤维种类、直径对ZL105A铝基复合材料的微观组织、力学性能及电学性能的影响规律。结果表明:纤维表面镀铜可改善纤维与基体的润湿性,提高了复合材料的综合性能;TiNi纤维增强复合材料的力学性能高于304不锈钢纤维增强复合材料;但就复合材料的电阻率来看,304不锈钢纤维增强复合材料的增强效果要高于TiNi纤维增强复合材料;在一定范围内,随金属纤维直径的增加,纤维增强ZL105A铝基复合材料的增强效果不断加强。     

Al2O3和C短纤维混杂增强铝基复合材料高温耐磨性能的研究

利用预制体挤压浸渗法制备了Al2O3+C /ZL109短纤维混杂金属基复合材料,并探讨了该混杂复合材料的高温(≤400℃)摩擦磨损性能.结果表明在试验温度范围内,混杂复合材料的磨损率低于基体合金及单一增强的复合材料.12%Al2O3+ 4%C /ZL109混杂复合材料从轻微磨损到急剧磨损的临界转变温度比基体合金提高了一倍.当环境温度低于临界转变温度时,混杂复合材料的摩擦因数随着Al2O3体积分数的升高而不断增大,而磨损率在12%时取得最低值.在此阶段,基体及复合材料的磨损机制主要为犁沟磨损和轻微的粘着磨损,而随着试验温度的进一步升高并超过临界温度时,主要磨损机制转变为严重的粘着磨损.     

Mg-4Al-2RE合金压缩蠕变本构方程的建立

采用自制的蠕变试验装置研究了AE42(Mg-4Al-2RE)合金在温度为125~175℃(398~448K)、压力为88~112 MPa范围内的压缩蠕变行为,并采用回归法建立了该合金的压缩蠕变本构方程。结果表明:随着温度升高和压力增大,AE42合金的压缩蠕变应变和稳态蠕变速率都呈明显的上升趋势;在175℃(398K)、100~112 MPa条件下,合金进入加速蠕变阶段,出现蠕变断裂现象;AE42合金的压缩蠕变本构方程为εs=8.19×10-7σ5.39exp(-90 410/RT),蠕变机制为晶界扩散主导的位错攀移机制。     

镀Ni碳纤维增强铅合金复合材料的制备工艺

本文采用两种不同的制备工艺制取了两种界面性质各异的碳纤维增强铅合金基复合材料。试验发现采用加压液态渗透法可以降低对纤维表面质量的要求,并改善纤维在基体合金中的分布密度。尽管电镀纤维由于表面质量较差,与基体合金的结合强度不及化学镀纤维与基体的结合强度,但是电镀纤维复合材料在断裂过程中要吸收更多的断裂功。     

纤维增强复合材料涡轮轴结构静强度计算与分析

基于适用于纤维增强复合材料的细观力学代表体积元(RVE)法和材料强度失效参数计算公式,计算体积分数为40%的SCS-ULTRA纤维增强TC17基复合材料的力学性能参数和强度失效参数,建立以实际某型号发动机低压涡轮轴为背景,并用SCS-ULTRA纤维增强TC17基复合材料代替原有高温合金材料,应用复合材料宏观强度准则中的蔡—吴张量失效准则,对其进行静强度计算与失效判定,总结作为衡量趋近失效程度的蔡—吴强度指数随轴结构复合材料铺层数的变化规律,同时对铺层总数为27层的轴结构进行给定载荷下的强度计算,得出轴结构内部每一铺层的强度指数及铺层强度指数随铺层位置、45°铺角不同的变化规律,并预测在极限载荷下轴结构铺层首先出现失效的情况。     

熔体直接反应法制备TiB_2/ZL101复合材料的显微组织及切削性能

用熔体直接反应法制备了TiB_2/ZL101复合材料;用光学显微镜、SEM、拉伸试验机等对复合材料的组织、力学和切削性能进行了测试分析,并与用钠盐变质处理的ZL101合金进行了对比。结果表明:制备的TiB_2/ZL101复合材料组织为细小等轴树枝状α-Al及细小板片共晶硅,其抗拉强度高于ZL101铝合金的,但塑性却低于ZL101铝合金的;切削工艺相同时,切削ZL101合金和TiB_2/ZL101复合材料刀具后刀面磨损速率相近,而后者加工表面粗糙度值低于前者的;TiB_2/ZL101复合材料的加工表面存在两种类型裂纹,第二种类型裂纹对其疲劳性能有害。     

原位合成不同基体组织7715D钛基复合材料的高温力学性能

利用真空电弧熔炼技术,通过热加工原位合成了以TiB纤维和La_2O_3颗粒为增强体的7715D钛基复合材料,然后分别在β相区与(α+β)相区退火,获得层片和等轴两种基体组织;并对不同组织复合材料进行了高温拉伸试验、蠕变试验和不同温度下的热暴露试验。结果表明:与等轴组织相比,层片组织显著提高了复合材料的高温抗拉强度及蠕变性能,能有效阻止增强体断裂后微裂纹的扩展;在600℃下热暴露时,复合材料的热稳定性最差,主要由在等轴组织初生α相中和层片组织的α片边界处析出颗粒状脆性相所致,其对复合材料室温塑性均有不利影响。     

航空复合材料连接成形技术研究进展

纤维增强复合材料具有高比强度、高比模量、结构性能优异以及可设计性强等优势,能够实现构件轻量化和结构-功能设计一体化,在航空航天、交通运输、能源动力以及国防科技等领域具有重要的战略地位。随着纤维增强复合材料在航空航天等领域的大量应用,复合材料之间及其与轻质合金间的高性能-高效率连接成形技术成为航空结构强度和稳定性的重要保障之一。综述纤维增强复合材料连接成形技术的最新研究进展,着重讨论复合材料间及其与轻质合金间的机械连接、胶粘剂连接以及焊接工艺。较全面地论述和分析各类复合材料连接成形的技术特征,对比总结各类连接成形技术的优缺点以及连接结构性能的提升能力,提出各类复合材料连接成形技术的未来发展和研究趋势。     

J-C本构模型参数对ZL109硅铝合金切削仿真的影响规律

在进行有限元仿真过程中,材料的J-C本构模型发挥着重要的作用。通过力学实验得出的J-C本构模型,往往需要修正才能更好地描述材料的物理力学性能。在对ZL109硅铝合金进行的有限元仿真的基础上,研究J-C本构模型参数的变化对于仿真结果的影响规律,从而为本构模型的研究提供参考性建议。仿真中所用ZL109硅铝合金采用随温度变化的物理力学性能参数,刀具选用目前应用广泛的PCD刀具。通过仿真数据发现:切削力、切削温度主要受J-C本构模型参数中温度软化系数m和应变强化系数B的影响;切屑形态和工件表面残余应力主要受J-C本构模型参数中屈服强度A、应变强化系数B和n的影响。     

A study on the manufacturing conditions of metal matrix composites by low pressure infiltration process

Metal fiber preform reinforced aluminum alloy composite as made by the infiltration of molten metal under low pressure casting process. The infiltration behavior of filling pattern and the velocity profile with low-pressure casting process was investigated. The thermocouple was inserted into the preform in order to observe the infiltration behavior. The infiltration of applied pressure time, 1, 2 and 5 s under constant pressure of 0.4 MPa was completely filled during 0.4 s. In these conditions, molten aluminum alloy has successfully infiltrated to FeCrSi metal fiber preform by low-pressure casting process. It was observed the porosity of composites for reliability of composites. The automobile piston was developed with FeCrSi reinforced aluminum alloy that is 0% porosity by the optimal applied pressure and applied pressure time.     

YZ4105ZQ增压柴油机用复合材料活塞

为满足YZ4105ZQ型废气涡轮增压柴油机对活塞的使用要求,研制液态模锻法生产陶瓷短纤维局部增强铝基复合材料活塞,采用金相显微镜观察复合材料增强部位的金相组织,测试复合材料的高温力学性能,并采用扫描电镜观察拉伸断口形貌；复合材料活塞装机后进行了600h台架可靠性试验和500h台架热冲击试验。试验结果表明,复合材料活塞的增强部位纤维分布均匀,与未增强的活塞裙部界面结合过渡平缓,陶瓷纤维与铝基体之间的结合良好；体积分数为15％的Al_2O_(3f)/ZL109复合材料在613K的高温抗拉强度达到132MPa,比未增强基体铝合金高50％左右；使用复合材料活塞装机的YZ4105ZQ增压柴油机,通过了600h台架可靠性试验和500h热冲击试验,整机的性能指标优于设计要求；复合材料活塞的尺寸稳定性、耐磨性等均表现良好,符合装车要求。     

La2O3对铜基自润滑复合材料高温摩擦磨损性能的影响

为进一步提高铜基自润滑复合材料的硬度和高温摩擦磨损性能,采用粉末冶金热压法向铜-石墨烯-WS2复合材料中引入La2O3增强相颗粒,并对铜-石墨烯-WS2复合材料和La2O3增强铜-石墨烯-WS2复合材料在不同温度下的摩擦磨损性能进行对比研究。结果表明:复合材料烧结过程中各组元没有发生分解或互相反应,烧结后材料结构致密并且各组元均匀分布于基体中,La2O3增强相的引入在提高复合材料硬度的同时会降低材料热导率;室温下2种复合材料摩擦因数和磨损率比较相近,而高温下石墨烯和WS2的氧化导致Cu-RGO-WS2复合材料摩擦磨损性能下降,而La2O3则能发挥增强相作用和高温自润滑作用,使Cu-RGO-WS2-La2O3复合材料的高温摩擦磨损性能更优异。室温下铜-石墨烯-WS2复合材料的磨痕处仅发生了轻微的塑性变形,而La2O3增强铜-石墨烯-WS2复合材料的磨损机制主要是磨粒磨损;高温下铜-石墨烯-WS2复合材料的磨损机制为黏着磨损,而La2O3增强铜-石墨烯-WS2复合材料的磨损机制则为磨粒磨损和疲劳磨损。     

离心铸造铝梯度复合材料的组织与性能

针对传统铁质气缸套与铝合金气缸体匹配性差,长期使用导致漏油、漏气等问题,提出了一种制备铝基梯度复合材料气缸套的新思路。依此思路,采用Al-19Si-5Mg-1Cu-1Ni-1Ti-1Mn合金为毛坯材料,通过离心铸造的方式成功制备了初晶Si与Mg2Si颗粒互补增强的铝基梯度复合材料。从心部到外壁,该梯度复合材料具有两层结构,内层含有高体积分数初晶Si与Mg2Si颗粒,形成增强层;外层没有初晶颗粒,为非增强层。对两层结构的部分常温性能指标进行初步测试,结果显示,增强层具有高硬度、高耐磨性和良好热稳定性的特点。     

Tribological behavior of metal matrix composites

The wear and friction behavior of continuous graphite fiber reinforced metal matrix composites was investigated. Composite materials were tested against 4620 steel at 54 m s^?1 at room temperature in air without lubricant. The graphite fibers studied included rayon-, pitch- and polyacrilonitrile (PAN)-based fibers. Both high modulus and high strength PAN-based fibers were examined. The fibers were incorporated into copper- and silver-based alloys by means of a liquid metal infiltration technique. The results of this study indicate that the type of graphite fiber in the composite is the most significant factor in the wear and friction behavior of metal matrix composites. In some high modulus fiber tin-bronze composites the fiber fraction influences the wear rate but not the coefficient of friction. Neither the matrix alloy nor the composite tensile strength per se correlate with the friction and wear properties; however, there are specific trends for the various matrix alloys.     

SiCf–SiBC composites: microstructural investigations of the as-received material and creep tested composites under an oxidative environment

SiC_f–SiBC composites fabricated by Snecma Propulsion Solide (St Médard en Jalles, France) were investigated by SEM and HRTEM in the as‐received state and after creep tests performed in air, in a temperature range 1423–1573 K, under 170 and 200 MPa. These composites are reinforced by Hi‐Nicalon fibres (Nippon Carbon). A pyrocarbon interphase was first deposited on the fibres. The matrix was then deposited on the fibrous preform by several chemical vapour infiltrations (CVI). As a result the matrix is multilayered and based on the Si–B–C ternary system. This matrix is self‐sealing: this is due to the presence of boron inducing the formation of a sealant glass if the material is heated in an oxidative environment. This glass will protect fibres and fibre/matrix interphases against oxidation. Hi‐Nicalon fibres as well as the different matrix layers were studied by HRTEM and EDX. Some investigations were carried out on the creep‐tested specimens in order to characterize modifications observed in the different constituents of the composites, particularly at the interfaces between the matrix layers and at the fibre/matrix interface. It was shown that several matrix layers crystallized during the creep tests. Moreover, a thin silica layer was observed at the pyrocarbon/matrix interfaces. Differences between the behaviour of the same type of material creep tested under neutral atmosphere are discussed.     

绿色切削SiCp／Al复合材料的刀具温度研究

采用嵌埋人工热电偶的方法,通过正交试验研究了干切削SiCp／Al复合材料时切削参数对刀具前、后刀面切削温度的影响。选定切削参数,实验研究了干式切削、压缩空气风冷、油液浇注和MQL等冷却方式对前、后刀面切削温度的影响。试验结果表明,对于车削SiCp／Al复合材料,后刀面温度高于前刀面温度,进给量对刀具温度影响最显著,MQL切削条件下刀具温度最低。     

原位合成钛基复合材料的高温力学性能

利用钛与B4C反应经普通的熔铸工艺制备了原位合成TiB和TiC增强的钛基复合材料。研究了原位合成钛基复合材料的高温力学性能和断裂机理。结果表明：随着温度的升高，其抗拉强度降低，伸长率提高。但与基体钛合金比较，由于原位合成增强体非常稳定，能有效地强化基体合金，明显提高了复合材料的高温抗拉强度。拉伸断裂机理与温度有关，室温时，增强体断裂是材料失效的主要原因；而随着温度的提高，增强体与基体合金界面脱粘成为材料失效的主要原因。