空间结构形式对钢基复合材料力学性能的影响

发布时间：2018-03-16 04:38

  本文选题：空间结构复合材料　切入点：均匀复合材料　出处：《昆明理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：传统陶瓷颗粒增强金属基复合材料(MMCs)将颗粒弥散分布于基体中,能一定程度提高材料的强度和耐磨性,但不能最大程度的发挥不同组分间的协同作用。将MMCs分隔为在空间均匀分布的增强颗粒富集区(复合材料区)和纯基体区(韧性区),进行空间结构韧化,是提高其性能的新途径。本文利用挤压铸造方法制备了空间结构氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷颗粒增强40Cr钢基复合材料,并研究了复合区体积分数为45%时,圆柱、四棱柱、六棱柱三种连续空间结构形式对复合材料力学性能的影响,同时利用有限元模拟了结构复合材料内部的应力应变分布规律。研究发现,利用挤压铸造法成功制备出的空间结构复合材料内部为MMCs区与纯基体区的三维互穿网络结构,两者之间复合良好,无缩松缩孔等缺陷。MMCs区内陶瓷颗粒与金属基体复合致密,无粘结剂残留亦无缺陷产生,所有复合材料组织致密、均匀,成型度高。经计算机ANSYS有限元对不同空间结构复合材料进行压缩及三点弯曲受力变形模拟分析,可知六棱柱三维互穿结构复合材料(六棱柱3D-MMCs/steel复合材料)与四棱柱三维互穿结构复合材料(四棱柱3D-MMCs/steel复合材料)受到载荷作用时因具有尖角效应易于出现应力与应变能集中现象;而圆柱三维互穿结构复合材料(圆柱3D-MMCs/steel复合材料)受载荷作用时应力与应变能均最小且分布最为均匀无明显集中现象,因此圆柱3D-MMCs/steel复合材料具有更好的强度和失效应变。空间结构复合材料在压缩与三点弯曲性能试验中均为圆柱3D-MMCs/steel复合材料性能最为优异,与计算机ANSYS有限元模拟结果相吻合。实验中圆柱3D-MMCs/steel复合材料的抗压强度达到900MPa,应变量为19.1%;抗弯强度达到706MPa,应变量为5.9%。与均匀复合材料、六棱柱3D-MMCs/steel复合材料、四棱柱3D-MMCs/steel复合材料相比抗压强度依次提高47%、26.76%、10.84%;抗弯强度依次提高89.78%、18.06%、3.82%。空间结构复合材料在受力开裂过程中因钢基结构对裂纹扩展起到阻碍和转向作用而在性能上比均匀复合材料具有优势。空间结构中四棱柱与六棱柱结构因具有尖角效应,所以性能上与圆柱结构有一定差距。空间结构复合材料具有三维井字形互穿网络,在结构上会形成钢基区与MMCs区的互锁效应,因而具有较好力学性能。本文将计算机ANSYS有限元模拟与实际力学性能测试结果相结合,揭示了空间结构分布方式对复合材料力学行为的影响规律,为今后优化金属基复合材料的空间结构形式提供有力依据。
[Abstract]:The traditional metal matrix composites reinforced with ceramic particles (MMCs) particles dispersed in the matrix, can to some extent improve the strength and wear resistance of the material, but can not play the greatest degree of synergy between different components. The MMCs is divided into enhanced rich regions of particles evenly distributed in the space (composite area) and pure the matrix region (region spatial structure, toughness) toughening, is a new way to improve its performance. By using squeeze casting method for space structure of zirconia toughened alumina was prepared (ZTA) 40Cr steel matrix composites reinforced with ceramic particles, and studied the composite area when the volume fraction is 45%, cylindrical, four prism. Effect of six prism three continuous space structure on the mechanical properties of the composites, while the simulation of stress and strain distribution of the internal structure of composite materials by using finite element method. The study found that prepared by squeeze casting of success 绌洪棿缁撴瀯澶嶅悎鏉愭枡鍐呴儴涓篗MCs鍖轰笌绾�鍩轰綋鍖虹殑涓夌淮浜掔┛缃戠粶缁撴灒�

本文编号：1618396