顆粒增強鋁基復合材料穩(wěn)定化處理過程的熱應力分析.pdf

1、該文建模用材料為擠壓鑄造方法制備的Al<,2>O<,3P>/2024Al復合材料和SiC<,P>/2024Al復合材料.利用溫度自動測試系統(tǒng)對復合材料試樣在固溶淬火以及各種不同冷熱循環(huán)過程中的溫度隨時間變化情況進行了測試;通過掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等手段對復合材料的顯微組織進行觀察;利用萬能拉伸試驗機和熱效應自動分析儀測試了SiC<,P>/2024Al復合材料在不同穩(wěn)定化工藝處理后的微屈服強度和變溫條件下的尺

2、寸穩(wěn)定性;利用Marc有限元軟件建立了熱應力分析的平面幾何模型,并且對復合材料熱處理過程的熱應力進行了分析,討論了體積分數(shù)、顆粒形狀以及穩(wěn)定化處理工藝對熱應力的影響.熱殘余應力是材料尺寸穩(wěn)定性的重要影響因素,該文利用有限元法對復合材料穩(wěn)定化處理過程的熱應力進行了數(shù)值模擬.模擬結果顯示,熱處理過程中,由顆粒和基體之間的熱錯配所造成的微觀應力超過基體合金的屈服強度,致使基體發(fā)生塑性變形.顆粒體積分數(shù)低的Al<,2>O<,3P>/2024Al

3、復合材料的熱殘余應力場分布比較均勻,隨著顆粒體積分數(shù)的增加,Al<,2>O<,3P>/2024Al復合材料的局部熱殘余應力場有相互疊加的現(xiàn)象.近球形顆粒和基體的界面附近的熱殘余應力場分布相對比較均勻;尖角形顆粒和基體的界面附近的熱殘余應力分布很不均勻,顆粒的尖角處有非常明顯的殘余應力和應變集中現(xiàn)象.冷熱循環(huán)可以降低復合材料中的殘余應力,使顆粒尖角處應力集中的現(xiàn)象得到明顯改善;冷熱循環(huán)的下限溫度越低,降低熱殘余應力效果越顯著,并且,第一次

4、循環(huán)對降低殘余應力起主導作用.不同的穩(wěn)定化處理工藝對SiC<,P>/2024Al復合材料微屈服強度和熱循環(huán)條件下的尺寸穩(wěn)定性的影響不同.在冷熱循環(huán)工藝處理過程中,上下限溫差越大,殘余應力釋放的越充分,SiC<,P>/2024Al復合材料在無負載熱循環(huán)條件下的尺寸穩(wěn)定性越好,與數(shù)值模擬結果相吻合.改善SiC<,P>/2024Al復合材料在無負載熱循環(huán)條件下尺寸穩(wěn)定性的最佳工藝為160℃~-196℃冷熱循環(huán)工藝.在負載條件下,隨著冷熱循環(huán)溫