SiC颗粒尺寸对喷射共沉积7075 Al/SiCp挤压及轧制的组织和性能的影响

研究了喷射共沉积方法制备的7075 Al / SiCp复合材料挤压及轧制过程中SiC颗粒的分布.通过拉伸实验、微观组织的金相及拉伸断口SEM观察分析了SiCp颗粒尺寸对材料组织和性能的影响.实验表明,SiCp在挤压过程中沿厚度方向形成分层分布,SiCp的尺寸及粒度分布对于聚集有较大的影响;轧制过程对挤压时形成的SiCp分层分布有一定的减弱作用,但改善程度和SiCp的尺寸有关;SiCp颗粒尺寸对复合材料的力学性能及断裂机制有很大的影响.     

SiCp/Al-Si复合材料中SiC/Si的晶体学位向关系

用TEM研究了离心铸造和挤压铸造的SiCp/ZL109复合材料,发现Si优先在SiC表面上形核、长大,并形成大量"界面Si"及SiC/Si界面.SiC与Si之间不存在固定的晶体学位向关系,但存在(1101)sic//(111)si,[1120]sic∥[112]si优先出现的位向关系,而(0001)sic∥(111)si不是优先出现的位向关系.     

不同界面SiC/SiC复合材料的断裂行为研究

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC/SiC)是极具前景的高温结构材料。通过先驱体浸渍裂解(PIP)工艺分别制备了PyC界面和CNTs界面SiC/SiC复合材料, 对两种SiC/SiC复合材料的整体力学性能以及界面剪切强度等进行了测试表征, 并对材料中裂纹的产生与扩展进行了原位观测。结果表明, 两种界面SiC/SiC复合材料弯曲强度相近, 但PyC界面SiC/SiC复合材料的断裂韧性约为CNTs界面SiC/SiC复合材料的两倍。在PyC界面SiC/SiC复合材料中, 裂纹沿纤维-基体界面扩展, PyC涂层能够偏转或阻止裂纹, 材料呈现伪塑性断裂特征; 而在CNTs界面SiC/SiC复合材料中, 裂纹在扩展路径上遇到界面并不偏转, 初始裂纹最终发展为主裂纹, 材料呈现脆性断裂模式。     

7075Al/SiCp复合材料的热压缩变形流变应力和组织行为

采用圆柱试样在Gleeble-1500热模拟机上对喷射沉积7075Al/SiCp复合材料进行高温压缩变形实验,实验条件为:变形温度300～450℃,应变速率0.001～1s-1.结果表明:7075Al/SiCp复合材料的流变应力大小受到变形温度和应变速率的强烈影响,流变应力随应变的增加而逐渐增加,出现一峰值后逐渐下降;流变应力随变形温度的升高、应变速率的降低而降低.可用Zener-Hollomon参数的双曲正弦形式来描述7075Al/SiCp复合材料高温压缩变形流变应力.随着变形温度的升高和应变速率的降低,7075Al/SiCp复合材料热变形过程中SiCp的分布逐渐均匀化,有利其热加工性能的改善.     

SiCp/Al-Si复合材料中SiC/Al界面处亚晶铝带的研究

通过利用ＴＥＭ研究ＳｉＣｐ／Ａｌ－Ｓｉ昨合材料发现,ＳｉＣ／Ａｌ界面结合紧密,在靠近ＳｉＣ界面的Ａｌａ基体中,有一层厚度小于１μｍ的“亚晶铝带”,它紧靠ＳｉＣ表面形成,与远离ＳｉＣ的Ａｌ基体有几度的位向差,这种“亚晶铝带”在ＳｉＣ／Ａｌ界面上普遍存在,其内有大量位错。     

SiCp颗粒增强铝基复合材料塑性变形中过程的强化机制与断裂机制研究

综述了SiCp颗粒增强铝基复合材料的强化机制与断裂机制.分析了影响SiCp颗粒增强铝基复合材料强化、断裂的因素及其低塑性的原因,在此基础上提出改善其塑性的几点设想.     

ICVI法制备C/SiC复合材料构件的数值模拟

根据C/ SiC 复合材料的结构特点及等温化学气相浸渗法的工艺特点, 建立了C/ SiC 复合材料ICVI 致密化过程的数学模型, 并将该模型应用于C/ SiC 复合材料构件制备过程的数值模拟中。利用有限单元法, 对航空发动机用C/ SiC 复合材料小喉衬的ICVI 致密化行为进行了数值计算和分析。为了验证计算结果, 设计并进行了相应的对比实验, 对致密化后的喉衬构件进行了密度测量和CT 断层扫描无损检测。实验结果与模拟结果呈现出相同的变化规律并且两者之间偏差较小, 表明本文作者所建立的模型可以很好地描述C/ SiC 复合材料的ICVI 过程。利用该数学模型, 计算了ICVI 过程中喉衬构件的密度分布及其演变规律, 为ICVI 法制备C/ SiC 复合材料构件的进一步研究打下基础, 对ICVI 工艺的优化具有一定的指导意义。      

SiC颗粒尺寸及含量对SiCp／2024Al复合材料性能的影响

本文对粉末冶金法制备的SiCp/2024Al复合材料的性能进行了研究。随SiC颗粒尺寸的增大,复合材料的强度降低,而塑性和磨损抗力则增加。SiC颗粒尺寸对复合材料的物理性能没有什么影响。增加SiC颗粒含量,复合材料的强度、模量均增大,磨损抗力亦明显增加,而塑性和热膨胀系数则降低。     

数值模拟SiCp/Al复合材料的微观结构对力学性能的影响

本文运用有限元法模拟了SiC颗粒体积分数和颗粒尺寸对SiCp/Al复合材料弹性模量、屈服强度、延伸率的影响。为了建立与真实显微结构相似的复合材料模型,假定任意尺寸的SiC颗粒随机地分布在SiCp/Al复合材料中。计算结果表明:SiC颗粒体积分数对复合材料的力学性能的影响更加显著。随着体积分数的增加,SiCp/Al复合材料的弹性模量和屈服强度逐渐增加;而其延伸率会相应降低。其应力应变曲线由韧性材料的特性向脆性材料的特性逐渐过渡。相反,当平均颗粒尺寸在一定的范围内变化时,颗粒尺寸对其应力-应变曲线的影响并不显著。     

C/SiC复合材料等温化学气相浸渗过程的数值模拟研究

根据C/SiC复合材料的结构以及等温化学气相浸渗法的工艺特点, 建立了ICVI过程中C纤维预制体结构变化的多尺度孔隙模型和C/SiC复合材料ICVI致密化过程的数学模型. 利用该模型对ICVI法制备C/SiC复合材料进行了数值计算和分析. 模拟结果与实验结果呈现出相同的规律并且两者之间误差较小, 表明本文所建立的模型可以很好地描述C/SiC复合材料的ICVI致密化过程. 利用该模型计算出C/SiC复合材料孔隙率的分布情况以及总体孔隙率在浸渗过程中的演化规律, 对ICVI工艺的优化具有一定的指导意义.     

高体积分数SiCp/7075Al复合材料的时效析出行为

高体积分数SiC颗粒增强7系铝基复合材料(SiCp/7XXXAl)具有高比强度比刚度等特点,因此适宜作为结构件在航空航天、汽车等领域应用。本文采用压力浸渗法制备了45vol.%的SiCp/7075Al复合材料,并对复合材料和基体合金的时效行为进行了系统的研究。DSC分析结果发现复合材料的η′相和η相的放热峰分别比基体7075合金降低了4.4℃和0.5℃。复合材料与7075铝合金达到峰时效的时间均为9h,峰时效时复合材料与基体7075铝合金的硬度分别提高了38.7%(从213.4到296HB)和107.6%(从98.2到203.9HB)。颗粒的加入使得基体中的位错密度显著增加,这有利于析出相的形核。但另一方面,合金元素在界面的偏聚会抑制析出相的析出。因此,SiCp/7075Al复合材料的析出行为是两方面共同作用的结果。     

包套热挤压SiCp/6066铝基复合材料断裂机制和强化机制的研究

采用包套热挤压工艺制备了不同体积分数SiC颗粒增强的6066铝基复合材料,结合其断口形貌及微观组织,分析了材料的断裂机制及抗拉强度和屈服强度随SiC增强颗粒体积分数变化的规律.结果表明,材料的断裂机制为颗粒与基体间的界面脱粘以及SiC团聚体的脆性开裂.当SiC颗粒的体积分数小于12%时,随着SiC颗粒增强相的增加,SiCp/6066铝基复合材料的抗拉强度和屈服强度增加.当SiC颗粒的体积分数大于12%时,材料的强度增加减缓或略有下降,其主要强化机制是位错强化和弥散强化.     

无压浸渗法制备不同体积分数及梯度SiCp/Al复合材料

选用不同粒径大小的SiC颗粒,并通过对颗粒分布的有效控制,采用无压浸渗工艺制备了不同体积分数(15%～65%)的SiCp/Al复合材料,并在此基础上试制了梯度SiCp/Al复合材料.运用OM,XRD等手段对所制备的复合材料进行了显微组织观察与成分分析,并对选定体积分数的复合材料进行了密度以及力学测试.研究结果表明,无压浸渗工艺下不同体积分数的SiCp/Al复合材料组织均匀、致密,力学性能良好;具有梯度结构的SiCp/Al复合材料层间结合良好,没有层间剥离现象.     

SiC /AZ61镁基复合材料蠕变性能的研究

采用搅熔铸造法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料SiC/AZ61,通过动态机械热分析、显微组织观察和XRD衍射分析了其蠕变性能.结果表明:碳化硅颗粒的加入细化了晶粒,SiC大多分布在晶界处,颗粒镁基复合材料的蠕变性能与AZ61合金相比得到了显著的改善.蠕变性能的提高主要因为高温时具有高的热稳定性的SiC颗粒取代晶界处高温下易软化的β相(Mg17Al12)钉扎晶界,阻止了晶界的交滑移和位错的攀移.     

搅拌铸造制备SiC颗粒增强铝基复合材料研究现状

综述了搅拌铸造制备SiCp/Al复合材料的研究现状,重点包括SiCp/Al复合材料的界面改性技术、搅拌复合方法和铸造成型技术,同时阐述了SiCp/Al复合材料的增强断裂机制,并归纳总结了SiCp/Al复合材料的各项性能,最后指出了搅拌铸造法制备SiCp/Al复合材料过程中存在的问题,并展望了该种方法的应用前景。     

A Numerical Modeling of Failure Mechanism for SiC Particle Reinforced Metal-Metrix Composites

The present work is to investigate the failure mechanisms in the deformation of silicon carbide (SiC) particle reinforced aluminum Metal Matrix Composites (MMCs). To better deal with crack growth, a new numerical approach: the MLPG-Eshelby Method is used. This approach is based on the meshless local weak-forms of the Noether/Eshelby Energy Conservation Laws and it achieves a faster convergent rate and is of good accuracy. In addition, it is much easier for this method to allow material to separate in the material fracture processes, comparing to the conventional popular FEM based method. Based on a statistical method and physical observations, the hard SiC particles are distributed randomly over the cubic space of the matrix. Four failure mechanisms are found to be critical to the accurate prediction of the mechanical properties of MMCs: a) the failure inside the matrix; b) the failure between the interface of aluminum matrix and the SiC particles; c) the fracture of the SiC particles; and d) the separation of two neighboring SiC particles. Plastic work is used as a failure criterion. It is found that the current approach can accurately predict the mechanical behavior of MMCs, including Young's moduls, stress strain curve, tensile strength, and limit strain. When the SiC volume fraction is low, the interface failure is more important; while for the case of high SiC volume fraction, all the four failure mechanisms work together to affect the mechanical property for the composite structure.