颗粒和微观结构对Cu/WCp复合材料疲劳裂纹萌生和扩展行为的影响

通过原位扫描电子显微镜(SEM)研究了粉末冶金制备的Cu/WCp复合材料的疲劳裂纹萌生和扩展行为,分析了颗粒和微观结构对Cu/WCp复合材料疲劳裂纹萌生和早期扩展行为的影响。结果表明:疲劳微裂纹萌生于WCp颗粒和基体Cu的界面;微裂纹之间相互连接并形成主裂纹,当主裂纹和颗粒相遇时裂纹沿着颗粒界面扩展。在低应力强度因子幅ΔK区域疲劳小裂纹具有明显的"异常现象",并占据了全寿命的71%左右。疲劳小裂纹的早期扩展阶段易受局部微观结构和颗粒WCp的影响,扩展速率波动性较大,随机性较强;当小裂纹长度超过150μm时,裂纹扩展加快直至试样快速断裂。裂纹偏折、分叉和塑性尾迹降低了疲劳裂纹扩展速率,而颗粒界面脱粘则提高了复合材料的疲劳裂纹扩展速率。通过数值模拟也可以发现颗粒脱粘增大了材料的疲劳扩展驱动力,从而提高了疲劳裂纹扩展速率。

控制P_(max)不变条件下Cu/WC_P复合材料疲劳裂纹扩展行为的研究

通过粉末冶金热压烧结制备不同碳化钨(WC_P)含量(3vol%、9%和15vol%)的Cu/WC_P颗粒增强复合材料。控制P_(max)保持不变的条件下,研究了应力比(R=0.1、0.3和0.5)对Cu/WC_P颗粒增强复合材料裂纹扩展速率的影响。结果表明:随着应力比R的增加,Cu/WC_P颗粒增强复合材料的疲劳裂纹扩展速率da/dN逐步降低,疲劳寿命逐步增加。随着应力比R的增大,疲劳裂纹断口的塑性断裂越来越明显,裂纹尖端钝化越显著,且粗糙程度和二次裂纹数量增加。