7075Al/SiCp复合材料的热压缩变形流变应力和组织行为

采用圆柱试样在Gleeble-1500热模拟机上对喷射沉积7075Al／SiCp复合材料进行高温压缩变形实验，实验条件为：变形温度300-450℃，应变速率0．001～1s^-1。结果表明：7075Al／SiCp复合材料的流变应力大小受到变形温度和应变速率的强烈影响，流变应力随应变的增加而逐渐增加，出现一峰值后逐渐下降；流变应力随变形温度的升高、应变速率的降低而降低。可用Zener-Hollomon参数的双曲正弦形式来描述7075Al／SiCp复合材料高温压缩变形流变应力。随着变形温度的升高和应变速率的降低，7075Al／SiCp复合材料热变形过程中SiCp的分布逐渐均匀化，有利其热加工性能的改善。

制动过程中Al-Si/SiCp复合材料制动盘表面温度的计算

为了研究摩擦过程中制动盘摩擦表面温升的情况,在1∶1惯性制动实验研究的基础上,基于制动过程中摩擦热流强度的变化,建立了制动时制动盘传热模型,推导出了制动盘摩擦表面温度的计算公式,并用此公式算出的结果与实测温度进行了对比.结果表明:其理论计算结果与实验结果能够很好地吻合.

7075/SiCp复合材料薄板的热处理工艺研究

研究了轧制态 70 75 SiCp复合材料薄板的热处理工艺。试验结果表明 :工艺参数对 70 75 SiCp复合材料薄板硬度的影响次序为 :时效时间≥时效温度≥固溶温度。轧制态复合材料薄板的时效时间相对于铸造态提前 6h ,时效析出相为AlMg4 Zn1 1 、Mg2

SiC粒径对PTFE/SiCp复合材料耐磨性能的影响

利用机械混合法制备了不同粒径SiCp填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料PTFE/SiCp,并采用M-200型环一块材料磨损试验机在干摩擦条件下对其磨损特性进行了研究,并利用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪对复合材料的磨损表面和摩擦环表面进行了形貌观察及检测.结果表明:SiCp的加入大大提高了PTFE的耐磨性能,SiCp粒径的大小是影响复合材料耐磨性能及磨损机理的重要因素之一.

喷射沉积Al-Si/SiCp复合材料干滑动磨损机理的研究

通过MM1000摩擦磨损试验,研究了喷射沉积Al-Si/SiCp复合材料在干滑动状态下的摩擦磨损特征,并对摩擦层的显微组织和形貌进行了观察,同时对磨损机理进行了分析。结果表明,随着基体中硅含量的增加,复合材料的磨损率大大降低,另外,致密化处理可进一步改善铝基复合材料的耐磨性能。随复合材料硬度的增加,磨损机理由严重磨粒磨损向轻微磨粒磨损转变。

Al/SiCp复合材料的断裂行为

采用粉末冶金和喷射沉积方法制备了Al及Al/SiCp复合材料,测试了材料的力学性能,利用金相显微镜和扫描电镜观察了材料的断裂行为。结果表明,Al/SiCp复合材料的强度比基体材料的高,但塑性低。粉末冶金方法制备的Al/SiCp复合材料与喷射沉积方法制备的比较,前者组织更致密,强度更高,塑性更好,断裂是SiC颗粒开裂,裂纹的传递主要沿颗粒中形成的裂纹扩展;后者断裂主要表现为SiC颗粒从基体中拔出,裂纹的传递大多是SiC颗粒周围形成的裂纹在基体中扩展。

反向挤压7075/SiCp复合材料中SiC颗粒断裂失效的数值模拟研究

应用Deform-2D有限元软件,在挤压温度为300~450℃,挤压比为4~64,挤压速度为2~30mm/s时,对喷射沉积7075/SiCp复合材料反向挤压过程中,SiC颗粒的转动与断裂失效进行了数值模拟。研究结果表明:在反向挤压过程中,SiC颗粒的转动是由基体合金的不均匀流动造成的;离中心轴线越远,流动不均匀性及SiC颗粒的转动倾向越大;基体的流动不均匀程度随挤压速度的增大和挤压比的升高而增大。在反向挤压过程中,SiC颗粒随基体运动不协调时,在较大应力作用下易发生断裂失效,且坯料外侧断裂失效分数大;当挤压比为4~25,挤压温度为400~450℃时,SiC颗粒断裂失效分数较小。当挤压比为16时,不同挤压温度下合理的挤压速度范围应控制在t=400℃、v<30 mm/s,t=425℃、v<20 mm/s,t=450℃、v<5 mm/s。

7075/SiCp复合材料热处理组织分析

研究了7075/SiCp复合材料T6峰时效热处理工艺,分析了120℃时效温度下不同时效时间7075/SiCp复合材料显微组织形貌和第二相析出规律。结果表明:7075/SiCp复合材料T6峰时效热处理工艺为470℃/30min+120℃/20h;SiCp颗粒的加入使第二相更容易在其附近形核和长大;7075/SiCp复合材料热挤压过程中发生动态再结晶,距Si C颗粒较近区域保留部分动态回复组织;由于空位分布分散,无沉淀析出带(PFZ)不明显。

ZL101/SiCp复合材料制备及其缺陷分析

对于高增强体含量的复合材料,其材料的致密性显得尤为重要,本文采用冷等静压结合热等静压的方式制备SiCp/Al复合材料克服了这个困难,实现净成形,具有工艺简单等优点,使用180#α-SiC颗粒作为增强体,体积分数为20%,同时采用ZL101铝粉作为基体,其中采用冷等静压方法能制备出冷坯料材料的理论密度可达75%,后续采用热等静压制备出的碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有致密性良好,颗粒分布均匀,无明显的聚集现象。同时结合SEM和EDS对界面的分析表明碳化硅颗粒增强铝基复合材料产生的缺陷主要是增强体碳化硅颗粒和铝基体结合的界面处有细小的气孔存在,使材料的有效承载面积减小,最终导致材料破断。初步分析了复合材料微缺陷产生的机理。界面处反应生成的界面相对于复合材料的影响。

纵扭超声辅助铣削SiCp/Al复合材料表面质量研究

高体积分数SiCp/Al复合材料具有高比强度、高比模数和良好的耐磨性等优异性能。然而,它们的高硬度和脆性会导致精密制造过程中应力分布更为复杂,这会使材料中产生过大的力和过多的热,从而影响加工精度和工件耐久极限寿命。目的通过分析切削过程中颗粒的去除机理和表面缺陷类型,利用纵扭超声辅助铣削(longitudinal-torsional ultrasonic assisted milling,LTUAM)技术,改善高体积分数SiCp/Al复合材料的加工表面质量。方法利用ABAQUS和PYTHON软件,建立考虑颗粒断裂过程的两相随机分布颗粒SiCp/Al复合材料模型,并采用Johnson-Cook模型和Brittle Cracking模型对SiCp/Al复合材料纵扭超声辅助铣削过程进行有限元模拟仿真。针对不同加工参数,进行SiCp/Al复合材料纵扭超声辅助铣削和常规铣削(conventional milling,CM)试验,评估有限元仿真模拟与试验结果的一致性。结果模拟结果表明,损伤和裂纹主要产生在SiC颗粒(SiCp)中上部的切削线上,凹坑缺陷主要产生在颗粒下部的切削线上。试验结果显示,表面缺陷的类型主要包括颗粒的损伤和拔出、颗粒的损伤和断裂形成凹坑、未损伤的颗粒形成凸起、破损颗粒与刀具在已加工表面上挤压摩擦形成犁沟、铝基体涂覆、表面微裂纹和表面空穴等,并且当加工速度120 m/min,超声振幅3μm时,最大裂纹深度最小,表面缺陷最小,表面质量最好。结论对比有限元仿真结果与试验结果发现,二者的表面质量变化趋势基本具有一致性。纵扭超声辅助铣削技术的应用对提高SiCp/Al复合材料的表面质量有较好效果。

超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验

切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削(Conventional cutting,CC)与超声振动辅助切削(Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC)两种加工方式,通过有限元仿真软件Abaqus对20%SiCp/Al复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性。通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析。模拟和试验结果表明,SiC颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及Al基体撕裂是影响SiCp/Al复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式。与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力(主切削力)降低33%,工件已加工表面粗糙度值最大减小量为531 nm,显著提高了表面质量。所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题,对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义。

SiCp/Al复合材料内冲液电火花喷爆加工试验研究

在电火花加工小孔时,随着加工深度的增加,电蚀产物排出困难,影响加工效率。因此,设计了电火花喷爆加工下有内冲液和无内冲液的单因素对比试验,分析了内冲液作用下SiC_(p)/Al复合材料电火花喷爆加工冲液压力、电极内径和SiC质量分数对小孔加工性能和表面质量的影响规律。结果表明:在3 MPa冲液压力下,采用内径1.5 mm的管电极加工质量分数55%的SiC_(p)/Al复合材料,较无内冲液加工时,加工效率提高了26.9%,电极相对损耗率降低了29.6%,加工锥度降低了29.2%,表面粗糙度值降低了19.2%。

SiCp/Al复合材料纳米压痕/划痕下的脆塑性行为研究

为探究SiCp/Al复合材料中两相材料相互作用引起的力学性能差异,研究微观尺度下法向载荷变化对SiCp/Al复合材料形变和去除的影响。采用纳米压痕实验,基于Oliver-Pharr法测得其硬度和弹性模量,并对其压痕表面进行观察,结合有限元仿真分析产生力学性能差异的原因;同时,根据纳米压痕实验所得力学参数进行变载荷纳米划痕仿真,并配合实验后划痕表面观察结果分析材料的形变和脆塑性行为。结果表明:当金刚石压头作用于SiC颗粒时,颗粒出现破碎和二次压入现象,所测硬度与弹性模量小于单晶SiC的理论值;当金刚石压头作用于基体相时,由于SiC颗粒阻碍基体压入,复合材料的硬度与弹性模量测量结果偏大。在纳米划痕过程中,复合材料的去除形式随载荷变化体现为划擦、耕犁和切削阶段,其中的基体相通过塑性流动产生塑性脊堆积并伴随有涂覆现象,SiC颗粒则以脱黏、断裂破碎和拔出等脆性机制而去除,且SiC颗粒的二次压入、断裂、破碎和拔出是导致复合材料力学性能与单晶SiC的力学性能产生巨大差异的主要原因。随着划痕载荷增加,SiC体积分数为45%的SiCp/Al复合材料的去除机制更多取决于以塑性去除为主的基体相,而SiC颗粒则主要表现为脆性去除。

SiCp/Al-Si基复合材料界面结构调控及强化机制的研究进展

SiCp/Al-Si基复合材料具有高的比强度、比刚度、比模量,良好的导热、导电、耐磨性及尺寸稳定性等优点,作为结构功能性材料应用于空间工程、电子封装、交通运输和精密仪器等领域。其研究热点主要集中在界面结构调控、强化机制及性能调控等方面。在SiCp/Al-Si复合材料中存在着增强体与基体界面、析出相与基体界面、析出相与增强体界面,这些界面受各种因素影响,会出现多种界面反应和界面产物,界面结构和结合状态复杂而多样。基于此,本文综述了制备工艺、基体合金成分和SiCp表面改性等方面对SiCp/Al-Si基复合材料界面结构的影响及调控,并总结了影响其力学性能的因素及强化机制的研究现状,最后对复合材料未来的发展及研究方向进行了展望。

SiCp/Al复合材料焊接综述

为实现SiCp/Al复合材料的高质量可靠焊接,推广SiCp/Al复合材料在各领域的应用,调研了国内外SiCp/Al复合材料不同焊接方法的研究现状。在熔化焊方面,国内外学者通过调整工艺参数、在焊缝中加入Ti元素发生诱发反应等方法,抑制了焊缝中Al4C3针状脆性相的形成,从而提高了焊接接头的力学性能。在搅拌摩擦焊方面,国内外学者针对不同材料设计了专用的焊接搅拌头,以保证它们具备高耐磨性与足够的冲击韧性,在焊接过程中不出现破损情况;关注了焊接过程中焊接头转速、焊接速度、轴向力与热输入等因素,以获得力学性能优秀、晶粒细小均匀的焊接接头。在扩散焊方面,国内外学者探究了中间夹层对焊缝界面间原子相互扩散的促进作用;采取不同工艺参数,以外加超声或电子束表面加热等方式促进了原子间的相互扩散,以获得力学性能优异的焊接接头,提高焊接效率。在钎焊方面,国内外学者通过探究钎料与SiCp/Al复合材料之间的润湿性来组合钎料与钎剂,通过化学腐蚀处理表面暴露颗粒增强相、在复合材料表面电镀金属等方法来增大钎料与增强相的润湿性、解决钎料铺展受阻的问题,以进一步提高钎焊焊接接头质量。

基于二维切削的SiCp/Al复合材料表面损伤形成机制研究

目的研究SiCp/Al复合材料切削过程中的表面损伤形成机制。方法以SiCp/Al复合材料为研究对象,展开基于二维切削的仿真和实验研究,建立了包含铝合金2A14、SiC增强颗粒以及界面特性的SiCp/Al切削仿真模型,对作用于不同SiC颗粒部位的材料表面缺陷进行分析;接着利用高速直线电机搭建能映射二维切削条件的实验平台,在不同材料去除条件下,利用扫描电子显微镜和白光干涉仪对切削表面形貌进行测试,分析和验证切削表面损伤形成条件。结果SiCp/Al复合材料切削表面损伤机理取决于SiC颗粒相对刀具切削路径的位置:当刀尖作用在SiC颗粒的顶部时,表面损伤主要为基体撕裂、颗粒破碎;当刀尖作用在SiC颗粒的中部时,表面损伤为颗粒破碎导致的裂纹和凹坑;当刀尖作用在SiC颗粒的底部时,表面损伤为颗粒拔出导致的凹坑。随着切削深度的增大,凹坑逐渐增多,表面粗糙度随之增大。结论利用二维切削模型仿真方法和高速直线电机实验,可以有效研究复合材料切削损伤形成机制。SiC颗粒相对刀具切削路径的位置不同会导致切削损伤不同;SiCp/Al复合材料表面质量会随着切削速度的提升而有所提高。

增强颗粒团聚分布SiCp/Al复合材料切削模拟研究

为了研究增强颗粒团聚分布对SiCp/Al复合材料切削加工过程的影响,建立了三种不同SiC颗粒团聚尺寸比的正交切削有限元模型,并对模型进行了验证。结果表明:随着颗粒团聚尺寸比的增大,锯齿状切屑连续性降低且形状更加不规则,相应地切削力的波动程度、平均值和峰值均增大。颗粒聚集区域的切削应力随着团聚尺寸比的增大而加剧。较大的颗粒团聚尺寸比会导致亚表面损伤深度和最大轮廓峰谷高度增加。

SiCp/Al复合材料在常规与超声振动辅助条件的切削过程和表面形成的有限元分析

SiCp/Al复合材料是一种典型的难加工的材料,由于其基体中颗粒增强导致常规切削中加工质量差、切削阻力高、加工损伤高,机械加工性差,常规切削已不能满足加工要求。通过切削仿真,对比分析常规与超声振动辅助切削条件下复合材料的切削过程、SiC颗粒的损伤特性、工件的表面形貌与亚表面损伤。结果表明,相比于常规切削,超声振动辅助切削可以提高复合材料的表面完整性,减少复合材料的亚表面损伤,并且能够提高工件的表面质量。

超声椭圆振动切削SiCp/Al复合材料仿真研究

SiCp/Al复合材料具有优异的物理性能,但颗粒的存在导致其加工困难。颗粒材料的超硬性和耐磨性、加工表面的损伤以及刀具的磨损被认为是该类颗粒复合材料加工的主要障碍。目的 针对SiCp/AI复合材料难加工特性,通过对比常规切削(CC)与超声椭圆振动切削(UEVC)来研究其加工机理,分析两种加工方式下颗粒的损伤对切屑形成以及表面质量的影响。方法 基于Si Cp/Al复合材料的实际微观结构建立切削模型,采用有限元仿真的方法从微观层面展现其切削过程,能够直观呈现两种加工方式下颗粒损伤对切屑形成、刀具磨损以及表面质量的影响,进而预测复合材料在实际加工过程中可能遇到的问题,提出相应的解决方案。结果CC加工为锯齿状切屑,切削过程中主要为颗粒对刀具的两体滑动摩擦以及铝基体粘着摩擦,加工中导致的地下损伤严重。而UEVC加工时切屑易成段分离,切削过程中主要为颗粒对刀具的三体滚动摩擦,切屑根部聚集的颗粒相较CC加工过程较少,弱化了对加工表面的损伤。在两种加工方式下,加工表面存在以下缺陷:颗粒破碎、颗粒凸起、大空腔、凹坑以及沟槽等。结论 总体来说,UEVC加工有利于断屑,导致的损伤缺陷更少,颗粒破损程度更小,能大幅降低切削力,对改善SiCp/Al复合材料加工表面质量有一定效果。

高速铣削高体积分数SiCp/Al复合材料表面形貌及切屑机制的研究

为了研究高体积分数SiCp/Al复合材料的切削机理及工件表面形貌,采用PCD刀具对干式切削和水溶性冷却液浇注冷却的湿式切削两种切削条件下的高速铣削进行了研究。结果表明,在对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行高速铣削时,干式切削无论是在工件已加工表面形貌和微观结构,还是在切屑形成及形貌上,都好于湿式切削。两种切削条件下均可获得较理想的表面粗糙度。