TiB2P/6061Al复合材料断裂行为及高温力学性能研究

摘要

本文采用压力浸渗法制备了体积分数为15％、20%和25%的TiB2P/6061Al复合材料，并进行热挤压加工。利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和万能拉伸试验机等多种分析测试手段对复合材料的微观组织、断裂行为以及高温力学性能进行了系统的研究，探讨了TiB2P/6061Al复合材料的断裂机理以及增强体含量、热挤压状态对复合材料断裂韧性和高温力学性能的影响，结果表明：
　　TiB2颗粒在6061基体中的分布随着颗粒体积分数的增加而趋于均匀。挤压后复合材料组织致密，颗粒分布均匀性得到进一步提高。热挤压可大幅度提高TiB2P/6061Al复合材料的断裂韧性，挤压后复合材料KIC随TiB2颗粒含量增加呈现先增加后降低的趋势。挤压态20%TiB2P/6061Al复合材料的断裂韧性值为20.9MPa·m1/2。
　　TiB2P/6061Al复合材料断裂过程为：首先在TiB2颗粒贫化区、制备缺陷(如孔洞等)处以及应力集中区域产生微裂纹，微裂纹扩展受阻时在裂纹尖端前方区域由于应力集中进一步萌生大量裂纹，通过这些裂纹的相互桥联并与主裂纹相连接使裂纹扩展，并导致复合材料最终断裂。TiB2P/6061Al复合材料微裂纹的萌生机制为近界面的6061Al合金基体开裂，裂纹的扩展机制为微裂纹的相互桥联。
　　热挤压可有效提高TiB2P/6061Al复合材料的高温拉伸性能，高温抗拉强度随着TiB2颗粒含量增加而提高，随着温度的上升而下降。复合材料的延伸率随温度升高呈现先上升后下降的规律，200℃拉伸时延伸率最高。

目录

TiB2P/6061Al复合材料断裂行为及高温力学性能研究

STUDY ON FRACTURE BEHAVIOUR AND HIGH TEMPERATURE MECHANICAL PROPERTIES OF TiB2P/6061Al COMPOSITE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 低体积分数金属基复合材料的制备方法

1.2.1 粉末冶金法

1.2.2 铸造法

1.2.3 原位反应合成法

1.2.4 喷射沉积法

1.3 颗粒增强铝基复合材料的显微组织与力学性能

1.3.1 增强颗粒

1.3.2 位错

1.3.3 晶粒

1.3.4 时效析出相

1.3.5 颗粒增强铝基复合材料的界面

1.3.6 颗粒增强铝基复合材料的力学性能

1.4 颗粒增强金属基复合材料的断裂行为

1.4.1 颗粒增强金属基复合材料的断裂韧性

1.4.2 颗粒增强金属基复合材料的断裂机制

1.5 颗粒增强金属基复合材料的高温短时力学行为

1.5.1 颗粒增强金属基复合材料的高温拉伸特性

1.5.2 颗粒增强金属基复合材料的高温强化机制

1.5.3 颗粒增强金属基复合材料的高温软化机理

1.6 本课题主要研究内容

第2章 试验材料和方法

2.1 试验材料及制备方法

2.1.1 粉末配比与混合

2.1.2 增强体的选择

2.1.3 复合材料的制备

2.1.4 复合材料的热挤压

2.2 热处理工艺

2.3 试验方法

2.3.1 复合材料拉伸性能测试

2.3.2 复合材料组织观察

2.3.3 复合材料断裂韧性测试

2.3.4 TiB2P/6061Al复合材料动态拉伸试验

第3章 TiB2P/6061Al复合材料的断裂行为

3.1 引言

3.2 TiB2P/6061Al复合材料断裂韧性

3.2.1 颗粒含量对复合材料断裂韧性的影响

3.2.2 热挤压对复合材料断裂韧性的影响

3.2.3 复合材料断裂韧性与强度、延伸率之间关系

3.3 TiB2P/6061Al复合材料的动态拉伸SEM观察

3.3.1 TiB2P/6061Al复合材料的拉伸断裂过程

3.3.2 TiB2P/6061Al复合材料主裂纹的萌生

3.3.3 TiB2P/6061Al复合材料主裂纹的扩展

3.3.4 TiB2P/6061Al复合材料缺陷处裂纹的萌生与扩展

3.3.5 TiB2P/6061Al复合材料人工缺口附近裂纹的萌生与扩展

3.4 TiB2P/6061Al复合材料断裂机制的讨论

3.4.1 TiB2P/6061Al复合材料的裂纹萌生机制

3.4.2 TiB2P/6061Al复合材料的裂纹扩展机制

3.4.3 TiB2P/6061Al复合材料中颗粒的阻碍作用

3.4.4 TiB2P/6061Al复合材料中颗粒的协调作用

3.4.5 TiB2p/6061Al复合材料中界面的影响

3.5 本章小结

第4章 TiB2P/6061Al复合材料的高温力学性能

4.1 引言

4.2 TiB2P/6061Al复合材料的典型拉伸曲线

4.3 复合材料的抗拉强度

4.3.1 温度对复合材料高温抗拉强度的影响

4.3.2 颗粒含量对复合材料抗拉强度的影响

4.3.3 热挤压对复合材料抗拉强度的影响

4.4 复合材料的延伸率

4.5 SEM断口分析

4.6 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢