基于应力强度因子评估WC_P形状对WC_P/Fe复合材料热疲劳裂纹扩展行为的影响

应力强度因子在断裂力学中广泛应用于预测由远程载荷或残余应力引起的裂缝尖端附近应力状态。本文基于平面应力条件下应力强度因子建立WC P形状与其尖端应力之间的规律,利用有限元分析软件对含不同形状WC P的WC P/Fe复合材料的热应力进行模拟仿真,研究WC P形状对WC P/Fe复合材料热疲劳裂纹扩展行为的影响。研究结果表明,WC P的形状显著影响应力强度因子,进一步影响WC P/Fe复合材料的热疲劳裂纹扩展行为。含球状和不规则状WC P的WC P/Fe复合材料的极限抗压强度分别约为460 MPa和370 MPa。含不规则状WC P的WC P/Fe复合材料因应力集中而容易产生脆性开裂现象。通过热震实验进行验证,发现实验结果与模拟仿真结果相近,说明有限元法的准确性,同时为WC P/Fe复合材料的热疲劳裂纹扩展行为研究提供科学依据和理论基础。

ZTA p/Fe45复合材料的强韧性研究

材料的强韧性与材料的耐磨性密切相关。本文研究了氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒(ZTA p)增强金属基复合材料的强度、韧性以及断裂机理,为改善ZTA p增强金属基复合材料耐磨性提供参考依据。首先通过真空烧结技术制备了不同粒径与不同体积分数的ZTA p/Fe45复合材料,测试了复合材料的拉伸性能、弯曲性能与冲击韧性,采用扫描电镜(SEM)观察了复合材料的断口,分析了复合材料的断裂机制。结果表明:ZTA p的加入使复合材料的强度降低、韧性提高。随着ZTA p体积分数增加,复合材料的抗弯强度逐渐降低;ZTA p粒径增大,复合材料的冲击韧性先增加后降低,ZTA p粒径为2.0 mm与2.5 mm(F14与F12)复合材料的冲击韧性高于Fe45基体。ZTA p/Fe45复合材料的断口为脆性断裂,其中Fe45基体的断裂机理为解理断裂;ZTA p主要有2种失效形式:颗粒断裂和颗粒脱粘拔出。