SiCp/Al复合材料疲劳裂纹扩展行为的研究

摘要

本文以大功率柴油发动机活塞材料为研究背景,利用西安工业学院研制的近共晶Al-12Si-2Ni-2Cu-Mg合金作为基体合金,采用液态搅拌法专利技术制备了SiC颗粒体积分数分别为5％和10％的SiCp/Al复合材料;并利用INSTRON1342型疲劳试验机研究了复合材料在不同应力比下及不同SiC颗粒体积含量下的疲劳裂纹扩展行为.在宏观疲劳裂纹扩展性能的研究基础上,利用扫描电镜研究了SiCp/Al复合材料的疲劳裂纹扩展断口特征,裂纹扩展处SiC颗粒分布情况,进而采用理论分析和实验研究相结合的方法,从微观和宏观两个方面对SiCp/Al复合材料的疲劳裂纹扩展的一般规律、影响因素、微观机制进行了深入的研究.结果表明:液态搅拌法制备的SiCp/Al复合材料的金相组织中,SiC颗粒均匀地分布于铝合金基体中,SiCp/Al复合材料的室温和高温力学性能均高于基体合金,且随SiC颗粒体积分数的增加而提高;人工时效下,SiCp/Al复合材料的疲劳裂纹扩展抗力随SiC体积分数的增加而增加.在室温条件下,对于SiC颗粒体积百分数为10％的SiCp/Al复合材料,当平均应力一定时,随着应力比的增加,裂纹扩展反而降低.研究发现,塑性区的大小直接影响疲劳裂纹的扩展速率,塑性区阻碍裂纹的扩展.塑性区较大时裂纹扩展比较慢,当塑性区较小时裂纹的扩展速率快;基体合金中,主裂纹边有大量的微裂纹,裂纹尖端塑性变形程度明显高于复合材料.与基体材料相比,复合材料疲劳裂纹扩展速率的提高主要与裂纹的偏转有关,这种偏转使得裂纹更倾向于沿着颗粒与基体的界面扩展.

目录

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主要符号表

1.绪论

1.1金属基复合材料的发展与应用

1.2 SiCp/Al复合材料的制备与应用

1.3颗粒增强铝基复合材料疲劳断裂行为研究现状

1.3.1断裂失效机制

1.3.2断裂韧性

1.3.3疲劳裂纹扩展

1.4本文的研究背景及内容

1.4.1研究背景

1.4.2研究意义及内容

2.SiCp/Al复合材料的制备

2.1基体合金和SiCp/Al复合材料的制备

2.2热处理工艺

2.3显微组织

2.4拉伸性能

2.4.1常温拉伸性能

2.4.2高温拉伸性能

2.5小结

3.试验设备及试验过程

3.1.试验装置

3.2试验材料和方法

3.2.1试验材料

3.2.2疲劳试样的制备

3.2.3实验参数

3.2.4试验方法

3.3疲劳断口分析

4.SiC颗粒含量对疲劳裂纹扩展行为的影响

4.1不同SiC颗粒体积分数复合材料的da/dN-△K曲线

4.2疲劳裂纹及其断口微观组织分析

4.3疲劳裂纹扩展的微观机制

4.4小结

5.应力比对疲劳裂纹扩展行为的影响

5.1不同应力比下da/dN-△K曲线

5.2疲劳裂纹及其断口微观组织分析

5.3疲劳裂纹扩展的微观机制

5.4小结

6.结论

攻读硕士学位期间发表的论文

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