连续SiC纤维增强钛基复合材料高温变形研究.pdf

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1、航空制造技术垒呈垦Q丛垒!JTICALMANUFACTURINGTECHNOLOGY连续SiC纤维增强钛基复合材料高温变形研究DeformationStudyofSiCFiberReinforcedTitaniumCompositesatHighTemperature中航工业基础技术研究院高昌前中航工业北京航空制造工程研究所塑性成形技术航空科技重点实验室赵冰韩秀全侯红亮数字化塑性成形技术与装备北京市重点实验室【摘要】采用单轴拉伸的方法测试了SiC纤维增强钛基(SiCF／Ti)复合材料横向高温变形的应力一应变关系，研究了温度、应变速率对应力一应变关系的影响规律，分析了复合材料的高温变

2、形机制。研究表明，在应变速率为1．0×10-45．0X10扎S1，温度为880～9400C条件下，延伸率为150％～200％。在高温变形过程中，复合材料主要的变形机制是纤维／基体界面剥离和基体的超塑性变形。关键词：SiC纤维增强钛基复合材料高温变形界面剥离IABSTRACT】Tensiletestingisadaptedtotestobtainthestress．．straincurvesofSiCfiberreinforeedti．．taniummatrixcomposites(SiC／TOathightemperaturealongthetransversedirection，

3、theinfluenceoftemperatureandstrainrateonthestress-strainrelationarestudied，andthedeformationmechanismisanalyzed．Itisshowedthatatastrainrateof1．0×104～5．0×10‘3S～．at880～940℃conditions，theelongationofSiC／Ticompositesvariesfrom150％to200％．ThemaindeformationmechanismofSiCf／Ticompositesincludestwotype

4、s，thefiber／matrixinterfacedebondingandmatrixsuperplasticdeformation．Keywords：SiCfiberreinforcedtitaniummatrixcompositesHightemperaturedeformationInterfacedebondingDoI：10．16080／j．issnl671—833x．2015．S2．036连续SiC纤维增强钛基(SiCf／Ti)复合材料具有优良的综合性能，采用SiCf／Ti复合材料制造叶片，用于代替钛合金叶片，可以进一步降低结构重量14％，而性能特别是疲劳性能得到大幅

5、度提高[1-210SiCf／Ti复合材料中加入纤维后难于变形，采用传统方法对SiC／I'i加工和成形，效率低，成本高，成形难度大，成形过程中容易造成纤维的损伤。为了解决SiCerFi复合材料成形的难题，利用钛基复合材料沿横向(垂直纤维方向)具有大变形的能力，从而可以成形出近终尺寸的空心结构件，解决362015年增刊s2了SiC，ri复合材料的成形问题。目前，国外针对SiCf／Ti复合材料高温变形的研究主要集中在蠕变性能[3-91，而在更高温度条件下的变形研究，特别是当基体材料处于超塑性状态下的高温变形研究很少。日本的研究人员采用溅射法制造的SCS一6／SP700复合材料表现出了超塑

6、性，沿纤维横向在不同温度、应变速率条件下进行拉伸试验，在775℃／(5X10。～1X10。S一)时，应变速率敏感指数m为0．58，最大延伸率达到200％，表现为界面剥离形成空洞而引起的超塑性”01。本文针对SiCf／Ti复合材料成形的技术难题，采用单轴拉伸的方法研究了SiCf／Ti复合材料横向高温变形规律和机理，为研制siccri复合材料空心结构件提供参考。1材料与试验1．1原材料试验中用到的原材料包括SiC纤维和TC4箔材。SiC纤维采用化学气相沉积在钨芯上制备而成，钨芯的直径约为12．5“m，沉积后的SiC柱状晶粒呈放射状分布。SiC纤维的拉伸强度达到了3200MPa，弹性模量

7、达到了400GPa。试验用到的TC4箔材由宝鸡钛业有限公司提供，厚度约为0．1mm。1．2制备工艺与试验方法采用箔一纤维一箔方法制备SiCf／Ti复合材料，为了获得均匀的纤维排布，减少对复合材料中纤维的损伤，采用热等静压实现箔材与纤维布之间的复合，其中热等静压复合的工艺参数为925℃／100MPa／2h。为了测试SiCf／TC4复合材料沿横向的高温变形规律，选取应变速率分别为1．0×1矿s～、5．0X10。4S～、1．0X10。3S～、5．0×10一s～，选取温度为8