金属基复合材料的微屈服行为

金属基复合材料 (MMC)的微屈服行为有其特殊性 ,主要表现在基体中的热残余应力水平和位错组态与宏观屈服阶段显著不同 ,因而表现出的力学行为也不同。本文综述了金属基复合材料微屈服行为的宏观表现和微观特性 ,并对其研究发展进行了概述 ,指出了有待深入研究的问题     

短纤维增强金属基复合材料微屈服行为的计算机模拟

本文采用细观力学模型 ,根据Eshelby等效夹杂原理和双夹杂模型等 ,用计算机模拟的方法定量计算了短纤维增强金属基复合材料微屈服行为规律。计算结果表明在基体材料的微屈服规律符合Brown Lukens线性规律的情况下 ,金属基复合材料的σ - <εp>1 2 也近似符合Brown Lukens规律。同时计算了增强体短纤维的含量、形状、热残余应力和位错密度等多方面因素对复合材料微屈服规律的影响     

颗粒增强金属基复合材料微屈服行为的细观力学计算

本文采用细观力学模型 ,计算了颗粒增强金属基复合材料的微屈服行为规律。计算模型是以有限元法、应力二阶矩的割线模量法、Eshelby等有效夹杂方法和双夹杂模型等为基础。计算结果表明在基体材料的微屈服规律符合Brown Lukens线性规律的情况下 ,颗粒增强金属基复合材料的σ 〈εp〉1 2 关系也近似呈线性符合Brown Lukens规律。同时计算了增强体颗粒的含量、热残余应力和位错密度等多方面因素对复合材料微屈服规律的影响。     

金属基复合材料微屈服行为的力学分析与试验

本文采用细观力学计算、有限元分析和试验测试等方法,定量研究了短纤维增强金属基复合材料微屈服过程中应力应变分布和微屈服规律,结果表明不同短纤维分布朝向、体积比的Al2O3-SiO2(sf)/Al-Si复合材料微屈服行为符合Brown-Lukens关系,在增强体短纤维附近存在较大应力集中,晶粒直径、位错密度等材料参数对等效应力影响不大,对等效塑性应变有显著影响,同时分析了增强体短纤维的体积含量和短纤维分布状态对材料微屈服强度的影响。     

纤维长度和体积分数对Al2O3-SiO2/Al-Si微屈服行为的影响

以通过浸渗挤压工艺制备的Al2O3-SiO2/Al-Si复合材料为研究对象,使用配备有精度达10-7位移测量装置的Instron5569电子拉伸试验机,并采用连续加载法,详细研究了晶化硅酸铝短纤维的体积分数和短纤维长度对铝硅基复合材料微屈服行为的影响规律,并定性分析了原因.结果表明: 随着晶化硅酸铝短纤维体积分数的逐渐增大,铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小,但其宏观屈服强度和弹性模量却逐渐增大; 随着晶化硅酸铝短纤维长度的逐渐增加,铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小,但其宏观屈服强度却逐渐增大.     

纤维长度和体积分数对Al2O3-SiO2 / Al2Si微屈服行为的影响

以通过浸渗挤压工艺制备的Al₂O₃-SiO₂ / Al₂Si 复合材料为研究对象, 使用配备有精度达10 - 7位移测量装置的Inst ron5569 电子拉伸试验机, 并采用连续加载法, 详细研究了晶化硅酸铝短纤维的体积分数和短纤维长度对铝硅基复合材料微屈服行为的影响规律, 并定性分析了原因。结果表明: 随着晶化硅酸铝短纤维体积分数的逐渐增大, 铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小, 但其宏观屈服强度和弹性模量却逐渐增大; 随着晶化硅酸铝短纤维长度的逐渐增加, 铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小, 但其宏观屈服强度却逐渐增大。      

颗粒增强2024Al复合材料的微屈服性能研究

为了明确亚微米颗粒增强铝基复合材料微塑性变形行为的规律和机制，利用微屈服强度测试和透射电镜分析，研究了亚微米级Al2O3颗粒增强2024Al复合材料的微屈服性能及尺寸稳定化热处理工艺对微屈服性能的影响。研究结果表明：复合材料的显微组织在稳定化热处理前后均呈现位错稀少的特点，有助于材料微屈服强度的提高；复合材料中尺寸细小，密集分布的S′相和亚微米颗粒本身对位错运动的有效阻碍也能改善材料的微屈服强度；时效后采用不同的冷热循环处理工艺，使得复合材料基体中S′相的尺寸和分布都发生一定的改变，进而呈现出不同的微屈服性能。     

预力学循环对SiCp/2024Al复合材料塑性变形抗力的影响

实验研究了预力学循环对退火及T6处理状态碳化硅颗粒增强铝基复合材料塑性变形抗力的影响.结果表明,两种热处理状态复合材料的预力学循环效果不同.对退火态复合材料,预力学循环对塑性变形抗力的影响主要取决于力学循环应力幅度σa:在较低σa条件下,宏观屈服强度无明显变化,而少数几个循环即可提高微屈服强度,但循环次数再增多,微屈服强度也基本不变;随σa的升高,宏观及微屈服强度均有较明显的增高;但当σa过高时,将会因微结构损伤造成宏观屈服强度和微屈服强度急剧下降,即存在一个最佳的σa,使各级塑性变形抗力达到最高.对T6态复合材料,预力学循环提高塑性变形抗力的效果不佳.     

亚微米颗粒增强6061铝基复合材料的微塑变特性

发现亚微米级Ａｌ２Ｏ３ｐ／６０６１复合材料的微屈服抗力较高，组织稳定性良好，其微屈服抗力与微塑变符合Ｂｒｏｗｎ和Ｌｕｋｅｎｓ提出的线性规律；通过与ＳｉＣｐ／６０６１和ＡｌＮｐ／６０６１的微屈服行为与组织的对比分析，认为增强颗粒形状，尺寸以及基体中位错密度，亚晶粒尺寸等因素直接影响屈服抗力，亚微米级颗粒增强复合材料对尺寸稳定性要求来说，微观组织形态较合理，是较理想的精密仪表材料。     

短纤维增强金属基复合材料的弹性模量和屈服强度

基于文献[ 1 ]提出的变形模型和获得的应力分析结果, 推导出了短纤维增强金属基复合材料弹性模量和屈服强度理论表达式。表达式预测的结果与实验结果吻合很好, 并与Eshelby 模型及有限元数值模型预测结果表现出很好的一致。分析表明, 复合材料的弹性模量和屈服强度相对于基体材料弹性模量和屈服强度的增加主要来自应力传递的贡献。      

金属基复合材料的力学行为及失效方式(上)

金属基复合材料的研究和应用正在迅速发展,其力学性能和断裂失效方式以及相应的检测手段都与传统材料有很大差别。本文系统地介绍了金属基复合材料的强度、弹性模量、断裂韧性、疲劳强度等各种力学行为的性能特点及相适应的检测方法。此外还介绍了他们的高温性能、物理性能特点。对短纤维和颗粒增强的金属基复合材料和长纤维增强的金属基复合材料的失效方式分别进行了论述。分析了他们与传统材料的差别。最后并对金属基复合材料的力学行为研究的发展趋势提出了看法。     

金属基复合材料热弹塑性变分渐近细观力学模型

基于变分渐近法建立具有周期性微结构的金属基复合材料（MMCs）细观力学模型及相应的增量方程,以准确预测其典型的热弹塑性行为和初始屈服面。利用细、宏观尺度比很小的特点,对单胞变分能量泛函变化进行渐近扩展,计算得到有效瞬时弹塑性刚度矩阵和热应力矩阵;利用迭代均质化及局域化技术模拟MMCs的非线性热弹塑性性能,并通过有限元技术实现相应的数值模型。算例分析表明:该模型能较好地预测MMCs的初始屈服面,并模拟热弹塑性耦合行为,研究成果为MMCs的进一步研究和实际应用提供了技术支撑。      

金属基石墨烯复合材料的合成机理及工艺方法

石墨烯具有良好的力学性能、导电导热和耐腐蚀性能,大部分纯金属只有在某些方面有着单一的良好性能,而不具备多维度的优良材料性能,金属基复合材料可以弥补纯金属在单一方面性能的不足,具有比单一基体更优异的性能;石墨烯/金属基复合材料(Gr-MMC)在航空航天、汽车、电子和军事领域有着广泛的应用。详细介绍了微观层面金属基表面沉积石墨烯的机理,在不同的金属表面石墨烯会表现出不同的行为,其中铜、钌、铱、镍是比较有代表性的几种金属,通过研究在不同金属上的沉积机理能够更好地从微观层面指导金属基复合材料的制备;金属基石墨烯复合材料的制备工艺针对不同的金属大致可以分为液相法、固相法和沉积处理,对于每种工艺方法的特点和不足也有所提及。     

Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料的冷轧变形行为及界面过渡层演变

高铍含量的铍铜(Cu-Be)合金时效后抗拉强度可达1400 MPa以上,伸长率却不到5％,呈现显著的强度-塑性倒置关系,严重影响了合金服役的安全可靠性.高强Cu-Be合金塑性变形时产生的局部应变集中现象是导致其低塑性的根本原因,将层状非均质构型设计的思想运用于Cu-Be合金,构建Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料,可以有效减少该现象的产生,有望获得高强塑性的层状金属基复合材料.运用塑性变形法制备层状金属基复合材料简单易行,受到广泛关注.前人对层状金属基复合材料轧制变形规律的研究主要集中在复合材料金属组元方面,对界面过渡层变形规律研究较少.本工作利用真空热压复合及后续冷轧变形的方式制备了Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料,利用光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)结合能谱仪(EDS)、显微维氏硬度计对Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料冷轧变形行为及界面过渡层的演变进行了研究.研究结果表明,Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料冷轧前金属层间界面基本呈平直状,界面结合良好且无裂纹、孔洞等缺陷.当冷轧压下率不超过50％时,Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料发生不均匀的宏观变形,Cu-Zn层在板材厚度方向的变形量明显大于Cu-Be层和界面过渡层,当冷轧压下率为35％时,界面过渡层的厚度仅减小8.3％,不均匀的塑性变形导致Cu-Be/Cu-Zn界面由平直状态变为波浪状态;当冷轧压下率超过65％时,层状金属基复合材料内部发生均匀、协调的变形,各层厚度基本按照总冷轧压下率变化.不同冷轧压下率下,显微硬度最高的均为过渡层,其次是Cu-Be层,而Cu-Zn层的显微硬度最低.这是因为在层状金属基复合材料冷轧变形过程中,界面过渡层主要起到协调变形的作用,处于显著剪切应力状态,会产生额外的背应力强化.本工作探讨了界面过渡层在Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料冷轧过程中的宏观变形以及强化机理,有助于进一步阐明层状金属基复合材料塑性加工变形规律并合理制定其塑性加工工艺.     

复合材料中启裂的微观力学分析与实验观察

建立了一个非连续体增强金属基复合材料微观单元的力学分析模型，并以此分析计算了复合材料中不同位置处的受力和断裂临界条件，对１５ｖ％ＳｉＣｐ／２０２４Ａ１，３．６ｖＣＦｓ／２０２４Ａｌ和４－５ｖ％ＣＦ－ｓ／６０６１Ａｌ的实验观察表明，该模型完全适全于金属基复合材料微区力分析，查判断裂纹萌生位置及临界条件。     

玻璃空心微球/铝基多孔复合材料的制备及其准静态压缩特性和吸能性能

铝基多孔复合材料由铝基体和空心微球复合而成，兼具轻质与吸能特性。本文采用放电等离子烧结(SPS)方法制备玻璃空心微球/铝基多孔复合材料，通过光学显微镜、SEM、准静态压缩原位观察和数字图像相关技术表征，分析了空心微球含量及尺寸对复合材料准静态压缩变形行为和吸能性能的影响。结果表明：两步升温SPS烧结制备所得的铝基多孔复合材料，其微球弥散均匀嵌于铝基体中，铝基体熔合致密。随空心微球含量增加，复合材料压缩应力整体降低，屈服平台区扩大但由平滑转变为锯齿状，压缩变形行为从较均匀的鼓状形变逐渐发展为脆性剪切，微球体积分数为50vol%的多孔复合材料吸能能力为23.6 J·cm^-3，高于体积分数为30vol%和70vol%的多孔复合材料，复合材料吸能能力与微球含量间存在最优对应关系。小尺寸微球具有更好的抗压能力，随小尺寸微球占比的提高，复合材料微观上可承受更高的应力-应变集中，宏观上剪切形变的压缩应变增大，本文中小尺寸微球多孔复合材料的峰值应力和吸能能力分别为89.4 MPa和29.0 J·cm^-3，与大尺寸微球多孔复合材料相比分别提高23.5%和22....     

涂层／基体型复合材料微观力学行为的研究

利用纳米力学显微探针，详细地分析了碳化钨／金属基复合材料界面微区的微观力学行为。结果表明，在强度、硬度和弹性方面，超音速火焰喷涂层优于爆炸喷涂层；在塑性、微区吸收功方面，爆炸喷层则优于超音速火焰喷涂层。     

金属基复合材料的热残余应力力学模型研究进展

金属基复合材料在高温制备的冷却过程中或热处理过程中由于组分间热膨胀系数（CTEs）的差异会产生较大的热残余应力，热残余应力对复合材料的宏观性能有着重要的影响。本文综述了分析金属基复合材料热残余应力的有限元模型和解析模型等理论模型，并指出有待深入研究的问题。     

金属基复合材料成形加工研究进展

金属基复合材料的发展极为迅速，应用越来越广泛，但是，金属基复合材料的塑性差，成形困难，成形性能的相关研究较少，阻碍了其实际应用。为此，综述了金属基复合材料的压缩变形、热挤压变形、高温超塑性变形的实验研究现状以及金属基复合材料的成开有机理、相关有限元分析的理论研究新成果，提出了金属基复合材料产业化所面临的问题，同时展望了金属基合材料成形加工的未来发展趋势。     

金属基复合材料研究进展

本文对金属基复合材料目前的进展进行了综述,内容包括增强体、基体及各种金属基复合材料;新的加工技术和应用,以及有关金属基复合材料的界面行为,力学性能和破坏过程的研究情况,特别着重介绍了国内的研究工作,对金属基复合材料在今后的发展中如何充分发挥潜力也作了设想。