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题目:Al2O3颗粒增强6061铝基复合材料拉伸力学行为研究

关键词:颗粒增强铝,氧化铝,拉伸性能,显微组织,三轴应力,热挤压,颈缩

  摘要

氧化铝颗粒增强铝基复合材料具有高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、低膨胀系数、低密度、高屈服强度、良好的尺寸稳定性和导热性等优异的力学性能和物理性能,可广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子、体育运动等领域。但是制约该种复合材料广泛应用的重要原因之一在于其塑性不能符合应用的要求。因此开发高强度、高塑韧性的氧化铝颗粒增强铝基复合材料,有重要应用价值。本文以(Al2O3)P/6061Al为研究对象,分别在不同的制备工艺、不同的复杂应力条件下来考察该材料的室温拉伸性能,以复合材料微观力学为理论工具,通过拉伸性能测试、金相组织、拉伸断口、界面形貌等组织观察,来分析上述不同条件下该材料拉伸性能的影响因素和断裂机理。通过对相同状态的光滑试样与缺口试样的拉伸试验的比较,发现缺口对(Al2O3)P/6061Al的拉伸力学性能和断口组织形貌产生明显的影响。随着缺口三轴张应力状态的加剧,即试样拉伸工作段缺口处三轴张应力状态的严重,试样的缺口拉伸强度提高,塑性变化不大,但都较光滑试样塑性差。并且发现随着三轴张应力状态的加剧,缺口拉伸试样的断口中基体韧窝越来越小,出现蜂巢状韧窝组织,同时沿轴向开裂颗粒数目不断增多。为了得到优化的加工工艺,本文进行了挤压态(Al2O3)P/6061Al复合材料与铸态的拉伸性能及组织变化的较, 颗粒分布趋于均匀, 组织更加致密, 但同时热挤压也使复合材料增强颗粒在挤压棒材的轴向上呈明显的带状分布。挤压态复合材料与铸态相比, 在常温下除弹性模量提高不大以外, 伸长率和强度均有不同程度的提高,这与热挤压变形后的组织均匀性改善,以及基体强化等因素有关。通过对距离颈缩中心不同位置的(Al2O3)P/6061Al颈缩试样进行金相组织和SEM组织观察,发现拉伸变形断裂过程在细微观尺度上可以分为基体塑性变形至局部化、变形带内较大Al2O3颗粒优先开裂形成微裂纹和变形带内基体的集中变形与Al2O3颗粒的继续开裂交互作用。