SiC颗粒增强铝合金基复合材料断裂与强化机理VIP专享VIP免费

文章编号:100023851(2001)0420054204收稿日期:1999212223;收修改稿日期:2000206206基金项目:西安交通大学在职博士基金资助(BS9907)作者介绍:郭成(1948),男,博士,教授,主要研究方向为先进材料制备与成形控制、冲压件质量控制和模具C3P。SiC颗粒增强铝合金基复合材料断裂与强化机理郭成,程羽,尚春阳,苏文斌,许建群(西安交通大学机械工程学院,西安710049)摘要:对SiC颗粒增强铝合金基复合材料的室温拉伸断裂与强化机理进行了研究。结果表明:该类材料的断裂包括基体韧断、界面脱开和增强体颗粒断裂三种方式,均属于MNG模式;该类复合材料的强化效果取决于基体强度与界面强度的匹配关系,当基体的屈服强度达到某一临界值时,通过添加增强体颗粒来强化材料是非常困难的。关键词:复合材料;断裂;强化中图分类号:TB331;TG304文献标识码:AMECHANISMSONFRACTUREANDSTRENGTHENINGOFALUMINIUMALLOYMATRIXCOMPOSITESREINFORCEDWITHSiCPARTICLESGUOCheng,CHENGYu,SHANGChun2yang,SUWen2bin,XUJian2qun(SchoolofMechanicalEngineering,Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an710049)Abstract:Themechanismsoftensilefractureandstrengtheningofaluminiumalloymatrixcompos2itesreinforcedwithSiCparticlesareexamined.Theresultsshowthatfractureevolutionentailsapro2cessofmicrovoidnucleation,growth,coalescence(MNG)forthePRMMCsandthereexhibitthreemodelsofinitialfractureintheprocess:toughnessfractureofthematrix,boundaryseparationandparticlebreak.Experimentalanalysesshowthatstrengtheningeffectofthecompositesdependsonthematchingrelationsbetweenthematrixandtheboundarystrengthanditisverydifficulttostrengthenthecompositeswhenyieldstressofthematrixgoesbeyoundacertaincriticalvalue.Keywords:composites;fracture;strengthening颗粒增强金属基复合材料(PRMMCs)具有重量轻,比强度、比刚度高和优良的耐磨性等优点,被认为是一种较理想的结构材料,将在航空、汽车和电子工业得到广泛的应用[1～3]。然而,由于对该类材料的室温力学性能,断裂和强化机理的研究目前尚无令人满意的结果,阻碍了其工程产业化的进程[4,5]。本文作者对由两种不同基体组成的SiC颗粒增强铝合金基复合材料的室温拉伸性能,断裂和强化机理进行了实验研究,并与文献中的实验结果进行了比较,揭示了影响PRMMCs室温强度的因素和导致材料断裂的原因。该项研究丰富了复合材料力学性能数据库,深化了对PRMMCs断裂行为的认识,为合理使用该类材料提供了依据。1实验材料、设备和方法实验材料为用PM法制备的Al2Cu2Mg和Al2Cu基复合材料,基体成份如表1所示。增强体选用平均粒度为10Λm的SiC颗粒,其体积分数为5%、10%、15%和20%四种。为进行比较,制备了相应基体成份的铝合金试样。表1基体的化学成份Table1Chemicalcompositionofmatrixvol.%MatrixCuMgSiFeAlAl2Cu2Mg4.500.60<0.10<0.50其余Al2Cu5.000.00<0.300.15其余试样采用正挤压制备,挤压温度为520℃,挤压速度为0.035mm�s,毛坯表面施加石墨润滑剂,挤压比R=12,凹模锥角Α=120°。毛坯挤压后按GB7963—87加工成<5mm×25mm标准拉伸试样。室温拉伸实验在Instron1195万能材料实验机上进复合材料学报ACTAMATERIAECOMPOSITAESINICA第18卷第4期11月2001年Vol.18No.4November2001行,拉伸速度为1mm�min。断口分析在AMRAY21000B型扫描电镜上进行。为证明结果的一般性并通过分析得出正确结论,引用了有关文献中的实验数据,与本文的实验结果进行了比较。2实验结果与分析2.1室温拉伸力学性能图1显示了两类PRMMCs的主要拉伸力学性能。由图中可见,随SiC体积分数的增加,不同基体PRMMCs的弹性模量E值线性升高,伸长率∆值单调下降。以Al2Cu2Mg为基体的PRMMCs屈服强度Ρ0.2和抗拉强度Ρb随SiC体积分数的增加单调下降(图1(a)),SiC颗粒的加入降低了材料的强度;以Al2Cu为基体的PRMMCs的Ρ0.2和Ρb随SiC体积分数的增加呈上升趋势(图1(b)),SiC颗粒的加入起到了增强作用。图1材料的力学性能Fig.1Mechanicalpropertiesofthematerials分析上述实验结果,随增强体颗粒增加,材料弹性模量升高具有一般性。这是因为...