SiC_p/Al复合材料薄壁件断裂损伤仿真研究

利用有限元仿真软件ABAQUS对体积分数为56%的Si C_p/Al复合材料薄壁件进行切削加工仿真,研究了切削加工过程中不同切削深度对工件产生裂纹的位置和出现裂纹时工件顶部变形量的影响规律。结果表明:切削深度的改变会对工件产生裂纹的位置和出现裂纹时工件顶部变形量有不同的影响,其中切削深度在1mm左右会使工件上出现裂纹的位置急剧改变,裂纹出现位置从工件的中部变化到工件的下部,增大切削深度后裂纹的位置集中出现在工件下部区域;而切削深度改变,在工件上出现裂纹时,工件顶部的变形量没有太大变化,主要集中于0.7mm左右,这主要是Si Cp/Al复合材料内部Si C颗粒数量多、粒径大使得自身协调变形能力差的缘故。     

微量SiC颗粒增强铁基合金的摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金法制备了不同SiCp含量的SiCp／Fe-3Cu-C复合材料,研究了烧结温度、SiCp含量及SiCp表面镀镍对材料组织结构、力学性能和干摩擦磨损性能的影响。结果表明,在1050℃烧结能获得最佳的力学性能,加入0．5wt％-2wt％SiCp使材料的强度略有降低,耐磨性显著增强;烧结铁基合金的磨损机制为擦伤、疲劳磨损、粘着磨损,烧结SiCp／Fe-3Cu-C复合材料主要为擦伤和磨粒磨损;SiCp含量约0．5wt％的复合材料耐磨性最佳,SiCp经镀镍处理后进一步提高其耐磨性,最佳SiCp含量提高到1wt％～1．5wt％。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备及应用的研究

综述了碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al基复合材料）的研究进展,重点阐述了国内外现阶段碳化硅颗粒增强铝基复合材料的常用制备方法,并结合其应用现状进一步分析了各种常用制备方法的优缺点和未来的研究方向,在此基础上展望了其未来的发展和应用前景。     

SiCp/Al复合材料的离心熔渗法制备及其性能

研究了反应离心熔渗法制备高体积比SiCp／Al复合材料的工艺过程及其抗弯强度。结果表明：通过适当的粒度配比，可在低温、低离心力下熔渗制备组织均匀的高体积比SiCp／Al复合材料，SiC颗粒体积分数可达到63％；复合材料的强度在很大程度上依赖于SiC颗粒尺寸及界面反应程度，合适的界面结合及细SiC颗粒的掺入有利于复合材料强度的提高；基体热处理改变了SiC颗粒所受应力状态，提高了复合材料的强度，其最高值可达519MPa。     

SiCp/2024 复合材料棒材半固态挤压数值模拟

SiCp/2024复合材料棒材半固态挤压是一个典型的半固态触变成形过程,尤其对高固相分数(～60%),更接近于塑性加工中超塑性变形机制.对其加工过程进行了数值模拟,以便揭示高固相体积分数半固态触变成性的规律.研究表明稳态触变挤压的关键是在于保证压力下速度与半固态坯料的凝固速度相协调,只有当变形区坯料保持在固相分数较高固-液态或刚凝固完状态时,才能实现稳态的触变挤压过程;随着挤压温度的升高,挤压力减小其等效应力、等效应变值更均匀,且等效应力减小;随着摩擦系数的减小,平均拉应力值减小.     

An experimental study on deformation behavior below 0.2% offset yield stress in some SiCp/Al composites and their unreinforced matrix alloys

The deformation behaviors below 0.2% offset yield stress in some silicon carbide particulate reinforced aluminum composites (SiCp/Al) and their unreinforced matrix alloys were investigated experimentally in this work. The results of the study showed that incorporation of SiC particulate into aluminum matrix can enhance the plastic flow stress (PFS) in macroplastic stage but slightly lower PFS in microplastic stage. With increase in the volume fraction of SiC particulate (V_p), the 0.2% offset yield stress (σ_0.2) increases while the resistance to microplastic deformation (σ_10⁻⁵) first decreases and then increases. The composite with smaller particle size presents higher PFS both in micro- and macro-plastic stages. It was also found that heat treatment remarkably influence both micro- and macro-plastic behaviors of the composites. Quenching followed by artificial aging can significantly enhance PFS both in micro- and macro-plastic stages for the age hardened alloy based composites (SiCp/2024Al) but has no obvious effect for the non-age hardened alloy based composites (SiCp/Al). For both the SiCp/2024Al composite and unreinforced 2024Al alloy, PFS exist a ‘peak value’ with variation of aging time, implying that like the conventional yield strength, PFS in microplastic stage of the composite is also strongly controlled by the precipitates formed in matrix during aging treatment. The effects of thermal cycling on PFS are dependent to the V_p. In large V_p case (35%), with increase in cyclic number PFS slightly decreases but in small V_p case (15%) PFS slightly increases as the cyclic number increases. The PFS in microplastic stage is very sensitive to the microstructure features. The lower residual thermal stresses, small density of moveable dislocations and harder matrix would be beneficial to the increase of PFS in microplastic stage in the composites.     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料颗粒表面改性技术研究现状

SiC颗粒增强铝基复合材料因具有高的比强度、比刚度、耐磨性及较好的高温稳定性而被广泛应用于航空航天、电子、医疗等领域,但由于SiC颗粒高熔点、高硬度的特点以及SiC颗粒与铝基体间存在界面反应,碳化硅铝基复合材料存在加工性差、界面结合力不足等问题,已无法满足航天等领域对材料性能更高的要求,因此开展如何改善基体与颗粒之间界面情况的研究对进一步提升复合材料综合性能具有重要的科学意义。结合国内外现有研究成果,总结了SiC颗粒与铝基体界面强化机制、界面反应特点、表面改性技术原理及数值建模的发展现状,结果表明,现有经单一表面改性方法处理后的增强颗粒对铝基复合材料性能的提升程度有限,因此如何采用新的手段使复合材料性能进一步提升将成为后续研究热点,且基于有限元数值模拟方法进行复合材料设计也是必然趋势。最后针对单一强化性能提升有限的问题,提出了基于表面改性的柔性颗粒多模式强化方法,同时针对现有的技术难点展望了后续的研究方向,以期为颗粒增强复合材料的制备提供理论参考。     

SiCp/AlMMCs填充含Sc、Ce、Be的TiB2原位增强焊丝与4047焊丝的TIG焊研究

使用自制的含Sc、Ce、Be的TiB₂原位增强与4047焊丝为填充材料对T6态SiCp/AlMMCs 进行TIG焊,对接头的力学性能、显微组织以及断口形貌和第二相粒子进行分析。结果表明：两种焊丝焊接该种材料的焊缝成型优良,4047焊丝成型更加美观；TiB₂接头的抗拉强度明显优于ER4047接头,平均强度达到171.88MPa,相对于4047接头强度提高40.03%,TiB₂粒子起到了原位增强的作用；两种接头的硬度值在焊缝中心近似呈对称分布,焊缝区硬度最低,平均值分别为：71.65HV、60.02HV,热影响区硬度的“过时效”现象明显；焊缝中SiC颗粒较少,存在严重贫瘠区 ,未发现明显的Al₄C₃脆性物；显微组织都为枝晶组织,但4047接头焊缝枝晶粗大,TiB₂接头焊缝晶粒细小,稀土元素Sc、Ce、Be起到了细化晶粒的作用,且TiB₂粒子在焊缝中分布均匀；TiB2接头断口中气孔较少,为韧-脆性混合性断裂,韧窝中第二相粒子较多；4047接头断口中气孔较多,为韧性断裂,韧窝中第二相粒子较少。     

喷射沉积SiC_p/Al-20Si复合材料高周疲劳行为研究

采用喷射沉积法制备15%(体积分数)4.5 m SiCp/Al-20Si复合材料及其基体合金,研究该组材料的微观组织、力学性能、高周疲劳性能以及疲劳断口形貌。结果表明:SiC颗粒的加入有利于提高材料的力学性能;复合材料及其基体的高调疲劳寿命随应力幅值的减小而增加,在相同应力幅值下,复合材料的疲劳寿命远远高于基体合金。疲劳裂纹从大颗粒的初晶Si的断裂以及Si相脱离处形核,并开始扩展。对于复合材料而言,SiC颗粒尺寸较小,不容易发生断裂,在形核过程中,当裂纹遇到SiC颗粒时,裂纹或者避开增强体,或者受阻于SiC颗粒,只能在基体合金中扩展,从而扩大了疲劳形核区的面积,提高了材料的疲劳寿命。Si颗粒的脱离、Si相的断裂以及SiC颗粒与基体界面的脱粘是复合材料疲劳断裂失效的主要机制。     

SiCp/2024A1复合材料及2024A1合金的微屈服行为

对SiCp／2024A1复合材料及其基体2024A1合金的微屈眼行为和热处理的影响进行了详细的比较研究结果表明,由于SiC颗粒的作用,复合材料在微屈服前即已产生明显的应变弛豫,并且其微屈服行为也与铝合金不同在时效处理中,两种材料的微屈服强度均受时效强化相析出规律的控制,表现出“峰时效”现象;而冷热循环处理能改善2024A1的微屈服性能,但却对SiCp／2024A1的微屈服强度不利