金属基复合材料的损伤和失效课件.pptxVIP

金属基复合材料的损伤 和失效 篇面 金属基复合材料的损伤与失效 金属基复合材料的损伤及失效机制通常包括 三种形式: （1）增强相的断裂 （2）增强相和基体之间界面的脱开 （3）基体内孔洞的成核、长大与汇合导致的 基体塑性失效 第8章 LOGO 1 损伤理论 1.1 材料的制作因素 为了制成实用的金属基复合材料构件，需对金属基 复合材料进行二次成型加工和切削加工。由于增强 物的加入给金属基复合材料的二次加工带来很大的 困难，如陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材 料，增强物硬度高、耐磨，使这种复合材料的切削 加工十分困难。所以容易出现材料的损伤和失效 第8章 LOGO 由于制造而产生的损伤和失效原因大致有以下 几个方面： 1)MMCs 界面润湿性 MMCs 的界面问题一直是本领域研究的重大技术 问题。MMCs 的界面有3种类型：增强体与基体 互不反应亦互不溶解；增强体与基体不反应但 能互相溶解；增强体与基体互相反应生成界面 反应物。结合的好坏直接关系到增强相和基体 之间界面的连接。 增强颗粒进入基体金属熔体，并能很好的分散， 首要条件是两者必须相互润湿。 第8章 LOGO 以铝合金为例，常用的增强颗粒Al₂O₃ 、SiC 与Al的 润湿性都比较差，他们的接触角∠大于90°。而有 些增强颗粒表面存在氧化物，由于其吸附气体水分 等，使得增强颗粒与金属基体的润湿性变得更差。 2)界面反应程度 界面过度反应生成脆性相在受力时起到萌生裂纹源 的作用。界面结合力是表征界面结合状态的重要参 数，因为界面有双重作用： 一方面起到传递应力的 作用，使增强体承担主要载荷；另一方面又以界面 托粘和增强体的拨出使裂纹偏移和吸收能量。 第8章 LOGO 虽然实验证明有最佳结合状态，但是复合材料的制 作往往没能达到这种理想状态，所以导致损伤和实 效。 3)增强材料是否均匀分布基体 MMCs 的凝固过程由于增强体的存在，使其温度场 和浓度场、晶体生长的热力学和动力学过程都会发 生变化。增强材料的种类较多，在尺寸、形态、理 化性能上也有很大的差异，使其均匀地、或按设计 强度的需要分布比较困难。 第8章 LOGO 1.2 增强相因素 增强相在复合材料中起增强作用。纤维增强是复 合材料中最主要的复合形式。复合材料的性能主 要取决于纤维的性质、数量及状态。纤维使复合 材料具有高的抗拉强度、高弹性模量和高冲击韧 性等性能。如碳纤维：碳纤维为有黑色光泽的柔 韧细丝， 一般单根纤维直径5-10um, 碳纤维的 性能与石墨微晶尺寸、取向和空洞缺陷密切相关。 若微晶尺寸大、结晶取向度高、缺陷少，则强度、 弹性模量和导热导电性都显著提高。但在高温下 与金属有着不同程度的界面反应，导致碳纤维损 伤，故碳纤维用于金属基复合材料时，必须采用 表面涂层处理加以改善。 金属基复合材料的损伤与失效 LOGO 1.3 基体内孔洞成核、长大与汇合而导致的基体失效 在金属基复合材料中，增强体和基体的相互协调 成了影响其超塑性的重要因素。在合金中，两相 晶界间滑动被普遍认为是超塑性变形的主要机制。 在金属基复合材料中，晶粒也要长大，而其长大 的过程又受到增强体的限制，这就使大量位错在 增强体附近沉积下来造成了应力集中，使孔洞得 以形成和长大。因此，复合材料中影响超塑性的 重要指标并不是晶粒度，增强体为孔洞的形核与 长大所创造的条件则成了关键。 超塑性材料一般都是空洞敏感材料，成型过程中空 洞的演变会大大降低材料的成型性能及成形后零件 的使用性能，因此超塑性材料成形过程中空洞损伤 演变的规律具有理论价值和实际意义。但对于超塑 性成形这类高温、模腔封闭、变性机制复杂的金属 成形问题，常规方法测试分析困难，成本高、准确 性差，效果难如人意。而基于现代