颗粒对铝基复合材料热残余应力的影响

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料制备冷却后的热残余应力进行了数值模拟,建立平面应力单颗粒及多颗粒复合材料几何模型,研究了颗粒形貌及体积分数对复合材料热残余应力的影响。结果表明,复合材料中颗粒和基体的界面附近存在较大的热残余应力,球形颗粒模型热残余应力比方形颗粒模型热残余应力小,多颗粒模型中应力分布较复杂,复合材料热残余应力随颗粒体积分数增加而增大。     

SiC颗粒增强铜基复合材料热残余应力的数值模拟

利用有限元方法建立轴对称模型分析了SiC颗粒尺寸、体积分数以及温度对铜基复合材料热残余应力的影响.结果表明,随温度的升高,残余应力很快增大;随SiC颗粒尺寸和体积分数的增大,残余应力均呈增大趋势.基体受残余拉应力,颗粒受残余压应力,在结合界面处存在最大残余拉应力.     

SiC颗粒增强铝基复合材料的热循环行为研究

基于材料微观组织建立了视场胞元模型,并采用商用有限元软件ABAQUS对胞元模型进行温度循环的数值模拟,着重分析热循环中基体和增强颗粒的等效应力分布规律,及主应力σ_(11)和σ_(22)的分布规律.结果表明:在热循环的升温阶段,基体的主热应力整体表现为压应力,增强颗粒表现为拉应力;在降温阶段,基体表现为拉应力,增强颗粒表现为压应力;在模拟中,对3次循环中的主热应力σ_(22)做了统计,发现不论是基体还是增强颗粒,从第2次循环开始,热应力就开始趋于稳定.通过改变单元胞中颗粒的体积分数进一步分析体积分数变化对颗粒增强金属基复合材料热循环的影响,结果发现体积分数减小之后,基体和增强颗粒应力分布变得均匀,并且各次循环中的热应力相差不大,比较稳定.最后对热循环中的应变滞后回线进行了分析,表明高体积分数下的复合材料具有高的热稳定性.     

颗粒增强高铬铸铁基复合材料的制备、组织与性能

将粒径为1～3 mm的ZTA(ZrO2增韧Al2O3)陶瓷颗粒与自制粘结剂均匀混合后填充到具有蜂窝状内腔的模具中固化后获得蜂窝状多孔陶瓷预制体,浇注高铬铸铁金属液铸渗陶瓷预制体成功制备出ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基耐磨复合材料,并考察了复合材料的三体磨料磨损性能.结果表明:复合材料中陶瓷颗粒的体积分数为48％～58％;陶瓷颗粒与基体界面致密,无缩孔、裂纹等缺陷;经热处理后复合材料的耐三体磨料磨损性能是工程中常用的Cr20高铬铸铁的5.9倍.     

Effects of Fiber Volume Fraction on Transverse Tensile Properties of SiC/Ti-6Al-4V Composites

采用有限元法分析了在残余应力和外加横向载荷作用下纤维体积分数对SiC/Ti-6Al-4V复合材料横向拉伸行为的影响。通过弹簧连接纤维与基体界面的重合节点来模拟界面脱粘。结果表明,在界面结合强度一定时,界面脱粘应力(对应于应力-应变曲线上应变的跳跃)受0°方向界面径向残余应力影响较大;在界面脱粘先于基体屈服时,复合材料失效应力(对应于应力-应变曲线上的水平部分)主要取决于纤维体积分数,且体积分数越低,失效应力越高。     

ZTA/高铬铸铁基复合材料的制备及磨损性能研究

将粒径为2～3 mm的ZTA(ZrO2增韧Al2O3)陶瓷颗粒与自制粘结剂经混合烧结后,获得蜂巢状陶瓷预制体,浇注金属液铸渗陶瓷预制体,成功制备出ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基耐磨复合材料,并考察了复合材料的三体磨料磨损性能.结果表明,复合材料中陶瓷颗粒的体积分数为47％～55％;陶瓷颗粒与基体界面致密,无缩孔、裂纹等缺陷;复合材料的三体磨料磨损性能是高铬铸铁基体的2.41倍.     

短纤维增韧铁硼化合物基复合材料应力研究

铁硼合金具有较好的耐锌腐蚀性能,但脆性限制了它的工业应用,短切纤维增韧可以有效改善该材料的力学性能.在断口分析基础上,采用双纤维复合材料模型,利用有限元方法计算了复合材料的残余热应力及外力作用时的应力分布.结果表明,纤维中的残余热应力为压应力,基体中为拉应力;随着纤维长径比的增加,残余应力逐渐提高;增加纤维体积分数有利于提高复合材料的抗拉强度.     

颗粒增强钢基耐磨复合材料的制备、组织与性能

采用铸渗法成功制备出ZTA(ZrO2增韧A12O3)陶瓷颗粒增强合金钢基耐磨复合材料.制备方法:将陶瓷颗粒与自制粘结剂混合填充到具有一定型腔的模具中,加压凝固后获得多孔连通的陶瓷预制体;将预制体固定到铸型中,浇注合金钢,浇注温度1 500--1 560℃,金属液铸渗预制体获得局部复合的耐磨复合材料.结果表明:铸渗效果良好,陶瓷颗粒与合金钢基体界面结合紧密,无缩孔、裂纹等缺陷;陶瓷颗粒在复合材料中的体积分数为42％～56％;在三体磨料磨损条件下,ZTA/合金钢复合材料的抗三体磨料磨损性能是合金钢基体的4.37倍.     

ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料的制备及其耐磨性能研究

以自制的不同Ti含量的Fe-Ti预制体粘结剂和ZTA(氧化锆增韧氧化铝)陶瓷颗粒为原料,制备出多孔陶瓷预制体,然后采用消失模铸造制备了ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。利用OM、XRD、SEM等手段分析了复合材料的物相组成,并进行高应力碾碎式三体磨料磨损试验,测试了复合材料的耐磨性,探索了复合材料的磨损机制。结果表明,采用含10wt%Ti预制体粘结剂制备的复合材料耐磨性为高铬铸铁的3倍,采用含15wt%Ti预制体粘结剂制备的复合材料耐磨性为高铬铸铁的2.4倍。复合材料的界面结合良好,磨损过程中,ZTA陶瓷颗粒对高铬铸铁基体形成保护作用,基体对ZTA陶瓷颗粒起到良好的支撑作用,两者协同作用增强了复合材料的耐磨性能。     

纤维增强金属基复合材料中轴向热残余应力分析

采用ANSYS有限元分析软件,通过显微复合材料模型,系统地分析了纤维直径、TiC 中间层厚度、纤维体积分数和制备温度等因素对SiC纤维增强Cu基复合材料轴向热残余应力的影响特征.结果表明,纤维直径的变化并不影响热应力的人小,但直径越小应力梯度越大;TiC中间层的厚度变化对自身及基体中的应力影响较小:但制备温度的变化对TiC层中的热应力影响较大;纤维体积分数的变化对纤维和基体中的热应力也有着非常显著的影响.