真空热压烧结制备SiCp/2024Al复合材料动态力学性能

通过真空热压烧结制备30％(体积分数)SiCp/2024Al复合材料,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对其进行动态压缩实验,得到应变速率为1 600～3 800 s-1的动态应力-应变曲线.结果表明:在一定的高应变率范围内承受动态载荷时,30％SiCp/2024Al复合材料在不同应变率下,应力-应变曲线趋势变化不大,...     

30% SiC_p/2024Al复合材料的热变形行为

在Gleeble-1 500D热模拟机上采用等温压缩实验研究30%SiC_p/Al复合材料的高温压缩变形行为,获得该材料在温度为623~773 K,应变速率为0.01-10 s~(-1)的条件下的真应力-应变曲线,并在考虑摩擦和变形热效应的基础上对真应力-应变曲线进行修正。对修正后的峰值应力进行线性回归,建立该材料的本构方程。根据材料动态模型,计算并建立30%SiC_p/Al复合材料的热加工图,据此确定热变形流变失稳区。在应变速率为0.01 s~(-1)时,随热变形温度升高,该复合材料发生动态再结晶的体积分数增加。     

应变率和温度对TC4网/Al复合材料动态压缩性能的影响规律

以TC4钛合金纤维为增强体,5A06铝合金为基体,采用压力浸渗法制备二维连续纤维网增强铝基复合材料(TC4_网/Al)。利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆对TC4_网/Al复合材料分别进行准静态压缩和动态压缩,研究复合材料在室温和高温下的压缩性能。结果表明：该复合材料不论在室温还是高温均表现为正向应变率效应。对复合材料进行准静态压缩(应变率≤1 s^-1),当试验温度≤100℃时,试样均沿与轴向约呈45°方向的斜面发生破坏;试验温度≥250℃时,试样没有破坏而发生鼓肚变形。动态压缩(应变率为1500 s^-1)时,无论在室温还是高温下,该复合材料均未发生破坏。     

30%SiC_p/2024A1复合材料的热变形行为及加工图

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对30%SiCp/2024A1复合材料在温度为350~500℃、应变速率为0.01~10 s-1条件下进行热压缩试验,研究该合金的热变形行为与热加工特征,建立热变形本构方程和加工图。结果表明,30%SiCp/2024A1复合材料的流变应力随温度升高而降低,随应变速率增大而升高,说明该复合材料是1个正应变速率敏感的材料,其热压缩变形时的流变应力可采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦形式来描述,在实验条件下平均热变形激活能Q为334.368 kJ/mol。热加工图表明30%SiCp/2024Al复合材料最适合加工的条件是变形温度为500℃,应变速率为0.01 s-1     

微观组织状态对Ti-6Al-4V合金动态力学性能和绝热剪切敏感性的影响

采用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)技术,对Ti-6Al-4V合金的等轴组织、双态组织、片层组织进行高应变速率下的动态压缩实验,研究了不同组织状态的动态力学性能及其绝热剪切敏感性,并进行了金相观察及分析。结果表明:在动态压缩载荷条件下,Ti-6Al-4V合金3种组织的真应力-应变曲线大致分为弹性阶段和塑性阶段,没有出现明显的屈服阶段,3种组织试样在高应变率条件下,表现出一定的应变率强化效应,但是应变强化效应不明显;在较大的应变率下,不同组织状态下的试样表现出一个共同的特征,即平均应变都较小,但其应力值却较大;等轴组织的动态压缩力学性能优于其他两种组织;从试样的横剖面和轴剖面的分析来看,不同组织对Ti-6Al-4V合金的绝热剪切敏感性有较大的影响,层片组织具有最大的绝热剪切敏感性,而等轴组织具有最小的绝热剪切敏感性,双态组织介于两者之间。     

粉末冶金60Al–30Fe–10Bi合金在高速冲击下的变形行为与微观组织演化

通过粉末冶金技术制备60Al–30Fe–10Bi合金药型罩材料,采用分离式霍普金森(Hopkinson)压杆测试了铝基合金在变形温度从25~450℃和应变速率从1300~7000 s~(-1)下的动态冲击压缩力学性能,研究了其动态变形前后微观组织的演变规律和断裂机制。结果表明:60Al–30Fe–10Bi合金在动态冲击压缩下的流变应力主要依赖于温度的变化,流变应力随变形温度的升高而降低,而应变速率对流变应力的影响不大;合金在25℃、1300 s~(-1)下的高速冲击载荷作用下的失效原因是发生了绝热剪切。     

不同组织状态TC4 ELI钛合金动态力学性能研究

利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对低间隙Ti-6Al-4V(TC4 ELI)合金的等轴组织、双态组织和魏氏组织试样进行了动态压缩试验。应变率分别为ε=2000,3000,4000 s-1,得到了动态压缩真应力-应变(σ-ε)曲线,并对试验后发生剪切失效破坏的试样沿纵剖面切开,利用金相显微镜(OM)进行显微组织观察。结果表明:动态压缩条件下TC4 ELI合金3种组织试样的真应力-应变曲线大致分为弹性阶段和塑性阶段,没有明显的屈服平台,3种组织状态下的试样在高应变率下应变强化效应不明显,表现出一定的应变率强化效应;在4000 s-1应变率加载条件下,平均动态流变应力(σ)、均匀动态塑性应变(ε)以及冲击吸收功(E)按等轴组织、双态组织和魏氏组织顺序依次减小,等轴组织试样的σ,ε和E分别达到了1400 MPa,0.34%和470 kJ.m-3,具有较好的动态力学性能;在4000 s-1应变率加载条件下3种组织状态的试样均发生了剪切失效破坏,并在其纵剖面上都观察到了一条白亮的绝热剪切带(ASB),裂纹沿着绝热剪切带由圆柱试样的圆柱面向中心扩展,与ASB形成和扩展的方向一致,剪切带与导致断裂的裂纹密切相关。     

40%SiCp/Al复合材料热变形行为及热加工图

采用Glebble-1500D热模拟试验机,在350～500℃变形温度、0.01～10.00 s^-1应变速率条件下进行等温压缩变形,研究40%Si Cp/Al复合材料(体积分数)的热加工性能。通过热变形真应力-真应变曲线分析复合材料的热变形规律,建立材料本构方程,利用动态材料模型计算出应变速率敏感指数和功率耗散效率系数,绘制出功率耗散图、失稳图及二维加工图。结果表明,应变速率和变形温度显著影响流变应力,应变速率一定时,变形温度升高,流变应力减小;在相同的变形温度下,随应变速率的增加,流变应力也随之升高。根据加工图可知,在高温高应变速率条件下,材料的功率耗散效率系数大,说明该变形区域发生了组织转变;应变对失稳区域和加工区域影响不大,功率耗散效率系数随应变的增加而增大。40%Si Cp/Al复合材料建议热加工条件为变形温度436～491℃,应变速率0.04～9.97 s^-1。     

30% SiC_p/Al复合材料热变形及动态再结晶行为

采用Gleeble-1500D热模拟试验机研究30%SiCp/Al复合材料在温度为623~773 K、应变速率为0.01~10 s-1下的热变形及动态再结晶行为。结果表明:材料的高温流变应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征,峰值应力随变形温度降低或应变速率升高而增大,材料热激活能为272.831 k J/mol。以试验数据为基础,建立q-s和?q/?s-s曲线,从而进一步获得动态再结晶的临界应变和稳态应变,通过试验数据的回归分析,建立动态再结晶的临界应变模型和稳态应变模型,并在此基础上,获得所需要材料的动态再结晶图。     

Mn-Si-Cr系Q&P钢的准静态、动态力学行为对比

利用万能试验机和分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对Mn-Si-Cr系Q&P钢分别进行了准静态和动态压缩试验。在应变速率为0.001、0.01、0.1 s-1和900、1 500、2 200、3 000 s-1情况下分别得到了准静态和动态压缩真应力-真应变曲线,并利用扫描电子显微镜进行压缩后的显微组织和断口分析,利用X射线衍射仪(XRD)对压缩变形试样进行物相分析。结果表明,准静态和动态压缩变形条件下,试验钢的真应力-真应变曲线均可大致分为弹性变形和塑性变形2个阶段,且没有明显的屈服平台。准静态压缩条件下应变速率强化效果不明显但应变强化效应较显著。动态压缩条件下应变强化效应不明显,但展现出一定的应变速率强化效应。准静态变形后,试样中心区域板条组织倾向沿近水平方向(垂直于压缩方向)定向排布。动态变形后,约有1/3试样发生了断裂,未发生断裂的试样中心出现45°方向剪切带,其附近板条组织发生了“屈曲”。准静态变形后残余奥氏体含量下降明显,而动态压缩试样中,残余奥氏体含量只有略微下降,且块状M/A岛内部出现扭曲变形与开裂,这可能是导致部分试样断裂的诱因。动态压缩破坏试样断口整体呈现45°剪切断裂,一端发生微孔聚集性断裂,另外一端发生剪切断裂。     

Mn-Si-Cr系Q&P钢的准静态、动态力学行为对比

利用万能试验机和分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对Mn-Si-Cr系Q&P钢分别进行了准静态和动态压缩试验。在应变速率为0.001、0.01、0.1 s-1和900、1 500、2 200、3 000 s-1情况下分别得到了准静态和动态压缩真应力-真应变曲线,并利用扫描电子显微镜进行压缩后的显微组织和断口分析,利用X射线衍射仪(XRD)对压缩变形试样进行物相分析。结果表明,准静态和动态压缩变形条件下,试验钢的真应力-真应变曲线均可大致分为弹性变形和塑性变形2个阶段,且没有明显的屈服平台。准静态压缩条件下应变速率强化效果不明显但应变强化效应较显著。动态压缩条件下应变强化效应不明显,但展现出一定的应变速率强化效应。准静态变形后,试样中心区域板条组织倾向沿近水平方向(垂直于压缩方向)定向排布。动态变形后,约有1/3试样发生了断裂,未发生断裂的试样中心出现45°方向剪切带,其附近板条组织发生了“屈曲”。准静态变形后残余奥氏体含量下降明显,而动态压缩试样中,残余奥氏体含量只有略微下降,且块状M/A岛内部出现扭曲变形与开裂,这可能是导致部分试样断裂的诱因。动态压缩破坏试样断口整体呈现45°剪切断裂,一端发生微孔聚集性断裂,另外一端发生剪切断裂。     

铝基体类型对铍铝复合材料均匀流变特征的影响

在变形温度450~600℃、应变速率0.1~10 s-1条件下, 采用Gleeble-3800热模拟试验机和扫描电镜研究了铝基体类型对铍铝(Be/Al)复合材料流变曲线、应变硬化指数(n)及压缩试样宏微观组织结构的影响。结果表明: 纯铝基复合材料在相对较小的应变下易发生断裂失效; 6061Al基复合材料在发生不稳定变形之前的均匀变形能力高于纯铝基复合材料, 具有更好的均匀变形能力。     

高压扭转制备SiC_p/Al复合材料的断裂行为

为了研究大塑性变形对颗粒增强复合材料断裂行为的影响规律,在不同高压扭转工艺(high-pressure torsion,HPT)工艺参数下制备SiC_p/Al复合材料,测量试样真应力-应变曲线和观察试样的断口形貌,并分析SiC-Al界面的EDS谱。在分析各参数下材料断口形貌和界面原子扩散的基础上,讨论颗粒增强复合材料的断裂机理。研究发现:SiC_p/Al复合材料包含韧性断裂和脆性断裂2种性质的断裂,断口韧窝的大小和数量与材料的工艺参数有关;HPT变形可以有效改善SiC颗粒与Al基体的界面连接强度,提高该类材料的断裂性质。基体内气孔和颗粒与基体间孔隙的连接是金属基复合材料的主要断裂机制。     

TB10钛合金的动态力学性能及绝热剪切分析

利用分离式的Hopkinson压杆,得到了不同组织状态的近β型TB10钛合金在高应变率下的动态压缩应力-应变曲线,结果表明:TB10钛合金的三种组织状态都表现出应变率敏感性。通过光学显微镜分析其显微组织的变化规律,结果表明:两相区固溶 时效、两相区固溶 双重时效的试样中均可观察到明显的绝热剪切带,且沿剪切带出现裂纹;单一固溶态试样金相观察表明晶粒的变形是均匀的,没有观察到绝热剪切带。在单一固溶态试样中出现了应力诱发马氏体相。     

动态压缩下烧结Nd-Fe-B磁体的断裂行为研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对不同型号的烧结Nd-Fe-B试样进行了动态压缩试验,利用扫描电子显微镜(SEM)对回收试样的微观断口形貌进行观察。试验结果表明,在压缩载荷作用下,使试样断裂产生的功可以用来表征试样的冲击稳定性。随着加载应变率的逐渐增大,试样的初始断裂时间逐渐减少,并且在单位体积下所做的功也逐渐减小,说明磁体的抗压强度随着应变率的增大而逐渐减小;磁体断裂时的破坏应力逐渐增大,而破坏应变逐渐减小。不同型号的烧结Nd-Fe-B磁体均表现出明显的脆性断裂特征,断裂方式主要是沿晶断裂。     

基于J-C模型的TC18钛合金动态本构方程构建

采用电子万能试验机对TC18钛合金进行常温准静态压缩实验,得到该合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18钛合金在温度分别为298、523、773、1 023 K,应变率分别为500、1 000、1 500 s~(-1)下进行动态力学性能实验,从而获得TC18钛合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线,并利用J-C模型对合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,最终建立该合金在高温下的动态塑性本构方程。通过对模型的计算结果分析表明,该模型可以较好地预测TC18钛合金在高温与冲击载荷共同作用下的塑性流变应力。     

高应变率下的岩石动载特性

采用先进的霍布金生杆(SHPB)装置对多种矿岩进行了高应变率下(ε=300～1000s^-1)的力学特性研究。给出了矿岩在不同应变率下的动态破坏强度、动态弹性模量、动态应力-应变曲线和分析结论。     

SiCp/2014Al复合材料的热变形行为及本构模型

在Gleeble-3180热模拟机上对碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/2014Al)复合材料进行热压缩试验,研究其在变形温度为350,400,450 ℃和500 ℃,应变速率为0.001,0.01,0.1s-1和1.0 s-1条件下的热变形行为。根据热压缩实验的真应变-真应力数据,在考虑应变、应变速率和变形温度对流动应力的耦合影响下构建修正的Johnson-Cook(JC)本构模型,同时建立人工神经网络模型(ANN)。结果表明:SiCp/2014Al复合材料的流变应力随应变速率的增加和温度的降低而增大。与修正的JC模型相比,ANN模型具有较低的均方根误差(0.51 MPa)和平均绝对误差(1.43%),以及较高的相关系数(0.999 7),表明其对SiCp/2014Al复合材料热变形流变应力的预测具有更高的预测精度和可靠性。      

γ-TiAl金属间化合物的压缩断裂行为研究

通过室温压缩试验,研究全片层γ-TiAl基合金在不同加载速度和不同卸载载荷下的压缩断裂行为。结果表明:随着加载速度的增加,γ-TiAl基合金试样的屈服强度及抗压强度相应增大;试样的最终断裂是通过裂纹的形核、扩展以及相互贯通而形成的,断裂面主要由剪应力形成的撕裂区和压应力形成的解理断裂区域组成,并且在不同加载速度下,断口也呈现出规律性的变化。在不同载荷加载-卸载-再加载的过程中,小载荷(4.67、9.42、18.94 k N)下卸载和加载的名义应力-名义应变曲线完全重合,大载荷(26.60、37.24、53.20 k N)下卸载后产生的不可逆应变依次增大;裂纹面密度随着卸载载荷的增大而逐渐增大,材料的损伤程度不断增加。     

高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料组织性能的探究

采用真空热压烧结工艺制备Al-30Si合金、30%Sip/Al、30%SiCp/2024Al、30%SiCp/6061Al(均为体积分数)复合材料,测定其热膨胀系数及力学性能。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对其微观组织结构及断口形貌进行表征,探究了高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料的组织与性能,分析了材料的断裂机制。结果表明:SiCp/2024Al复合材料中SiC颗粒分布均匀,组织致密,综合性能好,热膨胀系数(CTE)为13.69×10-6/K,硬度达到134 HB,极限抗拉强度达353 MPa。SiCp/6061Al复合材料中SiC颗粒分布较均匀,界面结合较好,组织不够致密,有少许孔隙,性能较好。SiCp/6061Al和SiCp/2024Al复合材料的断裂方式都是界面基体的撕裂结合SiC颗粒的断裂。Sip/Al复合材料中Si颗粒分布较均匀,断裂方式为界面脱开,性能较差。Al-30Si合金在烧结过程中形成大量板条状的Si相,性能最差,断裂方式以合金撕裂为主。