复合轧制工艺对Al/Mg复合板冶金结合层组织和性能的影响

采用AZ31镁合金和纯铝进行高温复合轧制制备镁-铝复合板,使其兼具铝的表面耐蚀性和镁合金的高比强度特性.采用金相显微镜、扫描电子显微镜和电子万能拉伸机等设备,研究了不同热轧温度及退火工艺参数对铝-镁复合界面的显微组织和结合强度的影响.结果表明：300 ℃轧制,镁-铝复合板出现严重边裂;450 ℃轧制,边裂消失;在轧制温度为400 ℃、压下率为50%、300 ℃退火2 h的条件下得到的复合板界面结合强度最大,为7.5 MPa.     

原位观察铜网格增强Al/Cu复合材料的断裂行为

将一种按正交法编织的铜网格作为增强体引入到铝基体中制备了Al/Cu复合材料,再借助原位拉伸扫描电镜(SEM),观察了铝铜复合材料的组织演变,研究了其断裂机理与力学性能之间的关系.结果表明:在相同轧制变形量下,25 ℃冷轧和400 ℃热轧均可破碎增强体铜网格,并使其均匀分布于基体铝板.复合板原位拉伸下的载荷-位移曲线均表现出明显的弹性阶段、塑性阶段和失效阶段,微裂纹在Cu颗粒周围和应力集中处萌生,主裂纹及其扩展主要是Cu颗粒周围界面分层开裂与微裂纹沿滑移线方向的扩展共同作用下形成的,并且最终沿滑移线的断裂路径与单轴拉伸方向呈45°.发生在Al层的塑性断裂和Al/Cu结合界面上的界面分层断裂是Al/Cu复合板两种主要的失效方式.     

含孔复合材料层合板拉伸失效分析

对国产T700/双马树脂基复合材料的含孔层合板进行了拉伸失效分析研究,分析了不同开孔直径和开孔形状对复合材料层合板拉伸性能的影响,利用有限元软件ABAQUS建立逐渐损伤失效模型,对复合材料层合板的拉伸强度进行数值模拟。研究结果表明:对于不同开孔直径的复合材料层合板,随着圆孔直径的增大,拉伸强度显著下降,对于不同开孔形状的复合材料层合板,含圆孔的层合板拉伸强度最大,然后依次是椭圆孔、方形孔、菱形孔,层合板的断裂模式都为过孔破坏。数值模拟得到的强度值与试验测量的强度值吻合较好,为含孔复合材料层合板的强度预测提供了一种有效的方法。     

含孔复合材料层合板拉伸失效分析研究

对国产T700/双马树脂基复合材料的含孔层合板进行了拉伸失效分析研究,分析了不同开孔直径和开孔形状对复合材料层合板拉伸性能的影响,利用有限元软件ABAQUS建立逐渐损伤失效模型,对复合材料层合板的拉伸强度进行数值模拟。研究结果表明：对于不同开孔直径的复合材料层合板,随着圆孔直径的增大,拉伸强度显著下降,对于不同开孔形状的复合材料层合板,含圆孔的层合板拉伸强度最大,然后依次是椭圆孔、方形孔、菱形孔,层合板的断裂模式都为过孔破坏。数值模拟得到的强度值与试验测量的强度值吻合较好,为含孔复合材料层合板的强度预测提供了一种有效的方法。     

玄武岩纤维/铝合金层合板的力学性能研究

通过单向拉伸、剪切以及三点弯曲实验研究了玄武岩纤维/铝合金层合板在不同加载方式下的准静态力学性能。利用空气动力枪对玄武岩纤维/铝合金层合板进行了子弹冲击加载实验。实验中得到了层合板材料不同的力学参数以及子弹冲击下典型的变形失效模式。实验结果表明:在单向拉伸载荷作用下层合板中纤维层将首先发生断裂破坏从而导致材料失效,45°拉伸剪切作用下由于纤维不承受拉伸载荷,其剪切强度较低而剪切应变较大,从而导致铝板发生面内弯曲变形。在12 mm子弹冲击载荷下玄武岩纤维/铝合金层合板具有较好的抗冲击性能,其弹道极限为97.9 m/s。     

铜/铝异步轧制复合带的界面反应与强化机制

采用同步和异步轧制复合工艺制备铜/铝复合带,研究退火过程中的界面反应和异步轧制工艺的强化机制.利用扫描电镜观察界面微观组织和拉伸断口形貌,通过线扫描和电子探针分析界面元素分布,采用XRD进行界面物相分析,通过剥离和拉伸实验研究复合带的力学性能.结果表明,经400℃保温1h后界面形成具有三个亚层的扩散层组织,各亚层内元素含量存在突变;铝剥离表面检测到大量铜元素,化合物相包括CuAl₂,Cu₉Al₄,CuAl和Cu₄Al,而铜剥离表面只检测到Cu₉Al₄和Cu₄Al;异步轧制工艺可以提高界面结合强度和复合带的拉伸性能,使界面层在拉伸断裂后破坏程度降低.     

碳纤维增强树脂开孔层合板轴向拉伸失效模拟分析

基于ABAQUS平台,建立了开孔复合材料层合板轴向拉伸渐进失效模型.以二维Hashin作为损伤准则,考虑了基体拉伸、压缩失效和纤维拉伸、压缩失效模式.讨论了层合板的受力与失效形式,分析了铺层角度、中心孔尺寸对极限载荷的影响.研究结果表明:失效模式主要表现为纤维拉伸失效和基体拉伸失效,纤维作为复合材料板的主要强度来源,在力与纤维方向发生偏差时,层合板力学性能急速下降;中心孔越大,层合板力学性能越差,并且层合板力学性能与中心孔尺寸成线性关系.     

高性能铜铝复合排的制备及界面研究

采用固-液法浇注和铸轧工艺制备铝/铜复合材料.研究不同工艺对铜/铝复合排界面结合强度的影响,并对铜/铝复合排界面结构和复合机理进行分析.结果表明:当进行300°C×1h热处理时,所得复合排的结合强度最高,多次热循环后复合排界面结合强度有所增加.电子探针能谱扫描分析(EDS)和X射线衍射分析(XRD)表明铜/铝复合界面上生成金属间化合物Al2Cu,Al4Cu9和AlCu相,从而使得界面层硬度增大.采用该方法制备的铜/铝复合排,整体拉伸强度达98MPa,电阻率为0.021 6×10-6Ω.m.     

碳纤维增强镁合金层合板拉伸性能和层间断裂韧性

玻璃纤维增强铝金属层合板,已广泛应用于航空、航天等领域。现采用密度更小的镁合金板取代铝合金板,并用抗拉强度更高、弹性模量更大的碳纤维来代替玻璃纤维,会得到一种新型的复合材料——碳纤维增强镁合金层合板。通过对不同纤维/树脂复合材料体积比的碳纤维增强镁合金层合板进行拉伸以及单悬臂梁试验,分别得到其强度、刚度及界面断裂韧性等机械性能。并与工程实际中广泛使用的玻璃纤维增强铝合金层合板进行比较。结果表明,碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高的比强度、比刚度以及界面断裂韧性。碳纤维增强镁合金层合板是一种非常有前途的新型复合材料。     

热轧不锈钢复合板界面组织与拉伸断裂的研究

本文借助SEM、EDS和EPMA等分析了热轧不锈钢复合板界面组织及拉伸断口特征,结果表明:复合板结合界面存在元素扩散现象,不同元素扩散距离不同从而导致形成特殊带状组织;无Ni结合界面的拉伸断口呈沿晶断裂特征;含Ni结合界面因元素扩散受到抑制,拉伸断口呈韧性断裂特征,其界面抗剪强度相比无Ni结合界面虽有所下降,但仍远大于国标要求的210 MPa。拉伸断裂过程动态抓拍结果显示:复合板结合界面先发生曲折开裂,随后基层与复层发生不同步断裂。     

含接缝纤维/金属层合板分层行为的内聚力模拟

基于双线性内聚力模型,对面内载荷作用下,双接缝、单接缝和非对称接缝三种形式的纤维/金属层合板的分层破坏行为进行三维有限元数值模拟.与试验结果对比表明,内聚力界面单元模型能够对含接缝的纤维/金属层合板的界面分层行为做出正确预测.经过模拟发现含接缝层合板的分层破坏以II型剪切分层为主,不同的接缝形式将产生不同的分层破坏特点.还讨论了界面力学性能参数对计算结果的影响.     

复合材料T型接头拉伸断裂行为的数值模拟

针对碳纤维复合材料T型接头在拉伸载荷下的断裂行为及其失效强度进行了数值预测,并将预测结果与试验数据进行了对比分析.在该数值模型中,分别使用增强有限单元法和内聚力模型考虑了T型接头三角区填充材料裂纹和层间界面分层的萌生与传播过程.结果表明,数值计算结果与试验结果对比较好,三角填充区域是T型接头结构中裂纹最先萌生的位置;填充材料的断裂行为并不影响T型接头最终失效载荷;加强筋层合板与蒙皮层合板间的分层行为是T型接头拉伸失效的根本原因.     

铺层拼接层合板抗拉强度研究

针对复合材料结构设计中会遇到含铺层拼接的层合板强度预测问题, 设计了含铺层交错拼接区的碳/双马复合材料层合板试件,采用简单拉伸试验方法测定了该材料的力学性能,得到了不同拼接长度下层合板的抗拉强度.试验结果表明,铺层拼接状态差异将会对层合板的承载能力有显著影响.根据试验结果建立了铺层拼接层合板的抗拉强度随拼接长度变化的经验公式,可为复合材料层合板结构的铺层设计和强度分析提供理论依据.     

环境温度对碳纤维复合材料层合板力学性能的影响

环境温度对飞机复合材料结构的力学性能有着至关重要的影响。为了更好地掌握碳纤维/树脂基复合材料层合板在不同温度环境下的力学性能变化情况,以W-3021FF/LY 1564 SPT/XB 3487复合材料为研究对象,在湿法成型工艺下,分别在-54℃、25℃(室温)、71℃温度环境下进行拉伸、压缩力学性能试验,并利用扫描电镜显微镜(SEM)对力学性能试样断口进行扫描分析。试验结果表明:与室温环境相比,低温环境下碳纤维与环氧树脂基黏合增强,复合材料层合板的拉伸与压缩强度提高;而高温环境碳纤维与环氧树脂基结合弱化,复合材料试样的拉伸与压缩强度均降低。     

层厚比对钛/铝复合板拉伸力学性能的影响

针对TA1/3003层状复合板,考虑钛/铝层状复合板厚度方向非均质材料力学特性,通过单向拉伸实验,研究层厚比对钛/铝复合板拉伸力学性能的影响及断裂机理。结果表明,钛/铝复合板的强度、均匀伸长率、断裂伸长率等力学性能均介于两种组元材料之间,拉伸过程中试件在宽度方向上产生附加应力,产生向钛侧翘曲的现象。用ABAQUS模拟不同层厚比复合板的单向拉伸过程,结果表明复合板力学性能与组元层厚比和组元材料性能有关,对比模拟、加权公式与实验结果,表明抗拉强度、屈服强度与弹性模量基本符合层厚比加权平均规律,上述方法可用于预测复合板的性能参数,并为实现复合板综合力学性能定量化设计奠定了基础。     

增强体颗粒尺寸对SiC_p/2124Al复合材料变形行为的影响

利用常规静态单向拉伸技术,研究了SiC颗粒尺寸对用粉末冶金工艺制得的SiC颗粒增强2124Al合金(SiCp/2124Al)变形行为和力学性能的影响.在体积比为20%的条件下,SiC颗粒尺寸在0.2～48μm的范围内变化,无论室温还是300℃,材料的变形行为和拉伸力学性能明显取决于SiC颗粒尺寸.研究表明,材料中的空隙密度、SiC颗粒的间距、分布状态以及SiC颗粒的断裂、SiC颗粒/Al界面的脱粘和基体材料的开裂等几种因素共同影响着复合材料的变形行为和力学性能.     

铜铝复合板界面组织与性能

针对双辊铸轧工艺制备的铜铝复合板材,采用剥离试验和拉伸试验,对其力学性能进行了检测。采用扫描电镜、能谱分析仪和透射电镜等仪器对复合板界面层组织的微观形貌、结构和成分进行了分析。分析结果表明:铜铝复合板界面层的主要组成物为α-Al和Cu Al2。采用双辊铸轧工艺制备的铜铝复合板材,其剥离强度达到30 N/mm,其抗拉强度与延伸率介于同规格铜、铝板材之间。     

平纹叠层SiC/SiC复合材料室温和高温拉伸行为与破坏机理

通过单向拉伸试验,对比研究平纹叠层SiC/SiC复合材料在室温和高温(1 200℃)环境下的宏观力学特性,并采用扫描电镜对试验件断口进行观测,以分析其微观损伤模式和破坏机理.结果表明:平纹叠层SiC/SiC复合材料的室温和高温拉伸应力-应变行为均表现为非线性特征,具有较高的轴向拉伸基体开裂应力;两者拉伸强度相差不大,但高温下的断裂应变比室温下的高.从宏观断口分析可知,两者均呈现韧性断裂,但纤维拔出长度和断口平齐程度有所不同.材料内部产生的基体裂纹大部分与加载方向垂直;断面上经向纤维束发生纵向拉伸断裂破坏,内部存在严重的界面脱粘损伤以及纬向纤维束发生轴向劈裂破坏是材料在室温和高温下的拉伸破坏机理.高温下由于纤维与基体间的界面层在一定程度上被高温氧化而退化失效,使界面结合变弱和界面滑移力降低,从而产生较长的纤维拔出长度,所以高温下材料具有较高的断裂韧性.     

加热对AZ31B/7075爆炸复合板界面的影响

对镁铝爆炸复合材料AZ31B/7075进行了300~400℃的加热处理。用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及力学性能试验机对复合界面结合区进行了组织观察、成分线扫描、剪切强度测试,分析了复合界面结合区加热时的变化。结果表明:随加热温度升高和保温时间延长,复合界面结合区组织形成再结晶且晶粒长大,爆炸组织特征完全消失,转变为具有一定厚度的由镁、铝互扩散形成的扩散层;扩散层组成按镁基固溶体-铝基固溶体、镁基固溶体-A l3Mg2-铝基固溶体、镁基固溶体-A l3Mg2-A l12Mg17-铝基固溶体的次序演化,其厚度增加主要是金属间化合物层的厚度增加所致;界面剪切强度因加热后扩散层中金属间化合物形成而降低,界面剪切断口也因扩散层中脆性金属间化合物的存在而表现为脆性断裂特征。     

冲击载荷作用下复合材料层板动态力学性能的实验研究

介绍了Hopkinson杆冲击拉伸实验设备及其实验技术,对CFRP、GFRP层合板进行了冲击拉伸实验研究,得到不同加载率下CFRP、GFRP层板的应力-应变(σ-ε)曲线,以及断裂强度、拉伸模量和断裂应变随加载速率改变的规律,认识复合材料层板在冲击拉伸情况下动态力学行为和变形、破坏机理。