Si3N4p／Al复合材料动态压缩性能研究Si3N4p／Al复合材料动态压缩性能研究

采用无压浸渗的方法制备了陶瓷（Si3N4p）含量为34．4％、46．3％和51．4％的3种Si3N4p／Al复合材料,应用分离式霍普金森压杆装置测试了复合材料在不同应变率下的动态压缩性能,并与准静态压缩性能进行了比较。分析了应变速率和陶瓷含量对复合材料动态性能的影响规律,探讨了复合材料微观组织特征对复合材料动态性能的影响机制。研究结果表明,Si3N4p／Al复合材料的动态压缩强度高于准静态压缩强度;在动态压缩过程中,高应变率载荷导致复合材料铝合金基体中具有高位错累积速率和较高的温升,因而复合材料动态压缩响应表现为“应变率硬化”效应和“热软化”效应的耦合。复合材料的动态压缩强度随着陶瓷含量增加而增加;热软化效应则随陶瓷含量增加、铝合金变形能力下降而相应减弱。     

无压浸渗制备Si3N4/Al-AlN复合材料的动态性能

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对无压浸渗制备的Si3N4/Al-AlN复合材料进行不同应变速率下的动态压缩实验,并与准静态压缩实验相比较;利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了复合材料的相组成和断口形貌.结果表明:Si3N4/Al-AlN复合材料的准静态压缩强度和断裂应变均高于动态压缩,分别达到1 748MPa和10.87%;在动态压缩中,当应变率从740提高到1 850,压缩强度稍有提高,断裂应变则增大1倍,达到7.6%,具有明显的应变率效应.准静态压缩中复合材料发生粉碎性解体而动态压缩中主要为劈裂,断裂面平整;微观断裂机制为解理脆断和韧性撕裂,随着应变率增加,断口上韧性撕裂形貌增加.复合材料内Si3N4与Al-Mg合金熔体的置换反应产物AlN相的大量存在是复合材料在高应变率冲击压缩载荷下显现由脆至韧转变的重要原因.     

挤压铸造B_4C_p/2024Al复合材料力学性能研究

采用挤压铸造工艺制得粒径分别为25μm和50μm、体积分数为50%的两种B4Cp/2024Al复合材料。测试了复合材料的密度、硬度、抗弯强度、静态压缩强度、断裂韧度;采用霍普金森压杆装置研究了复合材料在高应变速率下的压缩强度。研究结果表明,50%B4Cp/2024Al复合材料的密度约为2.7g/cm3,硬度(HRA)为60;25μmB4Cp增强的复合材料抗弯强度为527MPa,断裂韧度KIC达到13.56MPa.m1/2,而静态压缩强度为797.5MPa,其性能显著高于50μm粒度B4C增强的复合材料。细颗粒增强的复合材料动态压缩强度高于粗颗粒增强的复合材料;应变相关的损伤演化使得复合材料表现出应变软化现象,相关损伤导致压缩强度呈现应变率不敏感甚至是负敏感特征。     

开孔泡沫Al-10%Mg合金的动态压缩行为的研究

用Hopkinson压杆实验装置对开孔结构的泡沫Al—10％Mg合金进行了动态压缩实验，在应变率为准静态、800s^-1和2000s^-1条件下测量了动态和准静态压缩应力—应变曲线，研究了这种铝合金泡沫的动态压缩行为，并分析了其应变率效应。结果表明：在动态和准静态压缩下，泡沫Al—10％Mg合金的压缩σ—ε曲线均表现出弹性变形段、平缓段和紧实段三阶段特征；泡沫Al—10％Mg合金具有明显的应变率敏感性，随应变速率的提高，相同应变量下的流动应力上升。     

数值模拟研究SiCp/2024Al复合材料动态力学性能

基于复合材料扫描电镜图像,通过图像处理和识别技术,建立复合材料真实微观结构有限元模型,利用该微观模型对SiCp/2024Al复合材料在准静态与动态下的力学性能进行研究。结果表明,SiCp/2024Al复合材料在准静态与动态下的力学性能有显著差异,随着应变率增大,复合材料的弹性模量、屈服强度、流动应力均增大,在高应变率下复合材料出现应变软化现象;在动态压缩过程中,高体积分数SiCp/2024Al复合材料其承载机理与低体积分数复合材料不同;SiCp/2024Al复合材料在加载过程中同时受到应变硬化、应变率硬化作用,并随着增强体SiC颗粒体积分数增大,应变率敏感率随之增加。     

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。     

Al/Mg层状复合材料动态压缩行为及影响因素

利用Hopkinson压杆实验装置对轧制复合制备的Al／Mg层状金属复合材料进行动态压缩试验，分析了动态压缩应力-应变响应特征以及不同轧制工艺对应力-应变关系的影响。结果表明，在约10^3s^-1。应变率时，Al／Mg层状金属复合材料应变率强化效应与动态热软化效应表现明显；随轧制压下率增大，材料流变应力降低；轧制温度对Al／Mg复合材料应力-应变曲线影响较大，流变应力变化规律不明显；轧后经300℃、1h退火后Al／Mg复合材料流变应力降低。镁合金断口形貌表现出解理裂纹等脆性断裂特征，伴有热软化效应产生的韧窝状撕裂棱；铝合金断口形貌主要表现为沿晶的脆性断裂并伴随晶间化合物的破断。     

热处理温度对Si3N（4p）/Al复合材料组织和性能的影响

对压力浸渗制备的Si3N4p/Al复合材料在800-950℃下进行热处理,测试复合材料的相组成、弯曲强度、硬度和断裂韧度变化,观察复合材料断裂特征。结果表明,850℃是一个重要的热处理温度点,在此温度下-βSi3N4和Al开始发生显著的界面反应;对Si3N4p/Al复合材料进行850℃以上热处理可以提高复合材料的硬度、强度,但断裂韧度有所下降;950℃热处理的45vol%Si3N4p/Al复合材料弯曲强度达到498MPa,硬度达到373HBS5/750,断裂韧度为7MPa.m^1/2,具有良好的强韧性配合;复合材料断裂以Si3N4陶瓷颗粒脆性解理和铝合金塑性撕裂两种形式为主,少有陶瓷颗粒/铝基体界面解离的情形。     

无压浸渗制备Si3N4/AlN-Al复合材料的力学性能

采用优化的无压浸渗制备工艺(氮气气氛,950℃下浸渗4h)制备具有不同陶瓷含量的Si3N4AlN-Al复合材料,分析了复合材料力学性能随陶瓷含量变化的规律以及复合材料的断裂特征.结果表明,随着Si3N4多孔预制体陶瓷体积分数从30.2%增加到60.6%,无压浸渗制得的复合材料单轴压缩强度从620MPa增加到1728MPa,抗弯强度从429.8MPa增加到672.4MPa,硬度(HRA)从55增加到83,而断裂韧度则从10.55MPa·m1/2下降到2.26MPa·m1/2; Si3N4/AlN-Al复合材料内的裂纹主要在"残留的粗大Si3N4颗粒"、"疏松区"和"粗大的Mg2Si相"3种区域萌生.     

界面改性对SiC/Al双连通复合材料力学性能的影响

采用真空气压浸渗技术制备Si C/Al双连通复合材料,研究了Si C_(3D)/Al复合材料压缩强度的应变率效应,以及Si C骨架表面氧化时间对复合材料压缩和弯曲强度的影响规律。结果表明:Si C/Al双连通复合材料抗压缩强度有显著的应变率硬化效应(10~(-3)~10 s~(-1)),最高增幅可达25%。Si C骨架表面氧化可以进一步提高复合材料抗压缩强度,Si C骨架1200℃氧化6 h后所对应的复合材料具有最高的抗压缩强度,在应变率为10~(-3) s~(-1)时,其抗压缩强度相比于未氧化处理的复合材料提升幅度达10%;其原因是,氧化处理改变了Si C/Al的界面特征,从而影响了复合材料的断裂行为。但是,Si C骨架氧化处理几乎没有改变复合材料的抗弯强度。