非连续增强铝基复合材料的蠕变与回蠕变行为

《非连续增强铝基复合材料的蠕变与回蠕变行为》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、非连续增强铝基复合材料的蠕变与回蠕变行为摘要非连续增强金属基复合材料具有高比强度、高弹性模量和优异的高温性能，制各工艺简单，成本较低，在航空航天和汽车工业领域有广阔的应用前景。实际工程应用中，非连续增强铝基复合材料常服役于高温、变载荷工作环境，载荷的不断变化造成复合材料的蠕变性能随之发生变化，直接影响到复合材料零部件的尺寸稳定性和寿命，因而研究复合材料高温恒载荷和变载荷蠕变行为更具有实际意义。目前，已有的数值模型无法准确预测短纤维增强金属基复合材料盼变载荷瞬时蠕变行为，颗粒增强金属基复合材料变载荷蠕变行为的研究未见报道。原位生成的增强相

2、尺寸处于亚微米量级，当材料的微观结构进入亚微米的介观结构时，由于界面效应和尺寸效应，原位超细颗粒增强金属基复合材料可能表现出超过常规复合材料的性能。本论文详细研究了非连续增强铝基复合材料的高温恒载荷和变载荷蠕变性能，分析了不同增强体对复合材科蠕变性能的影响机制，探讨了复合材料的回蠕变与再蠕变特性规律。研究发现原位超细颗粒增强复合材料的高温蠕变性能优异予常规外加颗粒和短纤维增强复合材料。在大量的实验基础上，建立了短纤维增强复合材料的回蠕变本构方程。该方程不仅能够用于评估短纤维和晶须增强金属基复合材料在变载荷条件下的蠕变性能，也可用来设计新

3、的具有更强蠕变抗力的复合材料体系。实验结果和回蠕变本构方程的预测相符合，表明该方程对于开发新的金属基复合材料体系具有重要的理论指导意义。在300-400。C下测试了15v01．％A1203／ZLl09短纤维增强复合材料和10wt．％TiB2／ZLl09原位超细颗粒增强复合材料的恒载荷蠕变性能。结果表明，与ZLl09铝合金的蠕变速率保持持续增大不同，A12Q3／ZLl09和TiB2／ZLl09复合材料表现出初始蠕变、稳态蠕变、蠕变破坏三个明显阶段。15v01．％Ah03／ZLl09短纤维复合材料II上海交通大学博士学位论文的名义应力指数为

4、5．7，10wt．％TiB2／ZLl09原位复合材料则表现出高的名义应力指数(11．7—12．5)和高的名义蠕变激活能(265kJ／m01)，远大于纯Al和ZLl09铝合金的值。A1203／ZLl09短纤维复合材料的真实应力指数为5，TiB2／ZLl09原位复合材料的真实应力指数为8。两种复合材料的高温恒载荷蠕变行为都受到基体点阵扩散的控制。TiB2／ZLl09原位复合材料在蠕变中具有稳定的亚结构，应用亚结构稳定模型合理地解释了TiB2／ZLl09原位复合材料的稳态蠕变行为。研究发现，TiB2／ZLl09原位复合材料蠕变存在门槛应力的起

5、因是基体会金中原位生成的TiB2超细颗粒。对15vol，％A1203／ZLl09短纤维复合材料和10叭．％TiB2／ZLl09原位复合材料的蠕变断裂过程进行了研究。A1203／ZLl09短纤维复合材料和TiB2／ZLl09原位复合材料的蠕变断裂特征为延性断裂。基于A1203／ZLl09短纤维复合材料和TiB2／ZLl09原位颗粒增强复合材料的蠕变断裂过程，提出了非连续增强金属基复合材料的蠕变断裂机理。位错的运动控制着A1203／ZLl09短纤维复合材料和TiB2／ZLl09原位颗粒复合材料的蠕变变形和断裂行为。短纤维复合材料通过纤维阻碍

6、位错运动和位错滑移至纤维端部收缩消失来增强基体合金，颗粒复合材料通过位错被增强相所钉扎和位错穿越增强相形成位错环来增强基体合金。350。C下对ZLl09铝合金、15v01．％A1203／ZLl09短纤维复合材料和10Wt．％TiB2／ZLl09原位复合材料进行了变载荷蠕交实验。研究发现，外加载荷变化后，ZLl09铝合金在松弛应力下继续往正方向上蠕变，'rib2／ZLl09原位复合材料在松弛应力下不发生蠕变，而A1203／ZLl09复合材料降载后在松弛应力下发生了负方向上的回蠕变行为。A1203／ZLl09短纤维复合材料降载后的蠕变曲线可

7、以分为两个部分，瞬时的弹性变形阶段以及随后的应变收缩阶段(即回蠕变阶段)，瞬时变形阶段的应变大致等于复合材料的弹性变形。A1203／ZLl09短纤维复合材料回蠕变阶段的蠕变速率随松弛时间的延长而减小，在主蠕变的不同阶段降载后，回蠕变应变随着主蠕变时间的推移增大，同时增大的幅度越来越小。回蠕变后再加载，再蠕变过程中的最小蠕变速率不受加载前回蠕变的影响。应用基体合金局部区域的蠕变本构方程和应力松弛方程，定性地解释了A1203／ZLl09短纤维复合材料的回蠕变行为，以及回蠕变速率随松弛时间减小的现象。基于基体合金蠕变引起的纤维与基体的应力松弛

8、规律，建立了短纤维复合材料的回蠕变本构方程岛，。=一Vm(ae，。一砩+cro，。)／¨B应用此方程成功地模拟了A1203／ZLl09短纤维复合材料的回蠕变行为。摘要IIl本文建立了能用于预测A1203／Z