铝合金/铝基复合材料复合板组织与力学性能的研究
发布时间：2020-12-14 17:55
传统的铝基复合材料因增强体的引入而具有高强度、高弹性模量、高耐磨性能等特性因而在航空航天及汽车制造领域有着较多应用。但低延展性和易瞬断性严重限制了其应用范围。因此有必要开发出一种兼具铝基复合材料高强度和铝合金良好塑性的复合板材来进一步扩大其应用潜力。本文以铝及铝基复合材料为原材料热轧制备了1060/Al-TiC/1060和1060/Al-SiC/1060复合板,研究了复合材料的界面结合性、增强体含量对复合材料组织与性能的影响、针对增强体含量和工艺参数对复合板的组织与力学性能的影响进行了深入研究。Al-TiCp复合材料中的Al与TiC具有一定晶体学取向关系:其中TiC（111）晶面平行于Al（121）晶面,Al（-311）晶面平行于TiC（101）晶面,Al（-11-1）晶面平行于TiC（110）晶面。经过第一性原理计算后发现若Al与TiC中的C原子以共价键和离子键的形式结合时,界面结合功较高,界面结合强度较好。而Al与TiC中的Ti原子以金属键形式结合时,界面结合功较低,界面结合强度较差。复合材料中的铝基体形貌为典型的等...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
复合材料所占总结构质量的比值
另外后续退火热处理工艺也有利于复合板进行冲压、拉伸等进一步加工，工业上程序化的轧制复合生产技术可提高生产率且在经济上节约成本。图1-2 轧制复合原理示意图Fig. 1-2 Schematic illustration showing principle of roll bonding复合板在进行轧制复合后其界面的结合性与结合方式有很大关系。当前对于复合板的结合机制理论主要有薄膜理论、扩散理论、机械啮合理论等[26,27-29]。薄膜理论认为轧制过程中高压力下导致板材内部新鲜金属暴露于金属表面，在足够大的变形条件下使金属板材上新鲜金属发生结合。Vaidyanath等[26]表示在冷轧复合过程中，薄膜理论是板材的主要结合机制，板材在轧机压力作用下接触表面形成加工硬化，表面层处氧化膜的破裂程度及金属挤出数量决定了金属板材间的结合效果。Bay[27]认为薄膜理论中加工硬化过程不仅仅导致氧化膜的破碎，还会引起水蒸气等其他污染膜的断裂。事实上板材的结合性主要由挤出金属以及轧制压下强度所决定，金属板材发生结合过程中由发生物理接触、表面激活以及金属间结合三个阶段所构成。图1-3显示了薄膜理论的结合示意图，图中给出金属板材在轧机中的轧制入口、轧制处、轧制出口三个轧制位置。可以看到加工硬化导致金属板材表层处污染膜的断裂以及新鲜金属的挤出。扩散理论认为不同金属板材在轧制变形过程中相互接触区域形成金属原子扩散现象，界面处形成的扩散层即代表板材的良好结合。例如Lee等人[28]利用轧制复合的方法制备了Al/Cu复合板
异种板材发生物理咬合后随着温度的降低由于热膨胀系数的不同，导致板材间产生内应力和结合界面锁死现象。图1-3 轧制复合过程中金属表面层断裂和挤压示意图Fig. 1-3 Schematic illustration of fracture and extrusion of surface layer during roll bonding1.2.2 轧制参数对金属复合板材的影响到目前为止已经有很多关于轧制参数对复合板结合机制的影响的研究。据报道金属复合板材轧制结合过程中受到的影响因素主要有：轧制变形量、预复合金属材料、轧制结合温度、轧制压力、轧制时间、金属板材成分、表面处理条件、变形区的轧制几何（形状因子）、板材堆叠次序、层数、板材厚度以及后续热处理工艺等[30-43]。不同的轧制复合参数会导致不同的结合效果。尽管有很多影响因素，但对于实际生产上比较容易控制的几种参数条件只有轧制压力、轧制板材尺寸、轧制变形量以及板材表面光洁度等。在金属板材轧制复合过程中，必须具有足够大的轧制压力以保证金属可以一起塑性变形。因此轧制压力通常被认为是最重要的影响因素。Smith等人[44]发现随着轧辊压力的提升，金属板材的结合力逐渐增加，但当结合力足够大后压力的提升对板材结合力的影响不再明显。Vaidyanath等人[26]认为板材的结合强度与轧制压下量有关，板材只有在轧制压下量达到一定临界值后才能被轧制结合上。图1-4显示了不同- 6 -
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hot Deformation Behaviour of SiC/AA6061 Composites Prepared by Spark Plasma Sintering[J]. Xiaopu Li,Chongyu Liu,Kun Luo,Mingzhen Ma,Riping Liu. Journal of Materials Science & Technology. 2016(04)
[2]金属复合板带材轧制复合技术与装备研发[J]. 杨松涛,赵景申,张鹏翼,何中要,孙鹏. 有色金属加工. 2015(05)
[3]铂铑合金系基本力学性能的第一性原理研究[J]. 陈松,陆建生,谢明,夏璐,潘勇,胡洁琼. 稀有金属. 2015(03)
[4]爆炸复合技术[J]. 宋鸿玉. 中国钛业. 2013(03)
[5]层状金属复合板的研究和生产现状[J]. 马志新,胡捷,李德富,李彦利. 稀有金属. 2003(06)
[6]不锈钢复合板制备技术的发展[J]. 倪红卫,高娟,唐利民. 特殊钢. 2002(03)
[7]电子封装材料的研究现状[J]. 黄强,顾明元,金燕萍. 材料导报. 2000(09)
[8]金属基复合材料的现状与展望[J]. 吴人洁. 金属学报. 1997(01)
博士论文
[1]双金属复合板弯曲特性及辊式矫直过程研究[D]. 张超.北京科技大学 2018
[2]SiC纳米线诱发Al基体层错和孪晶的形成机制及其对力学行为的影响[D]. 董蓉桦.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于微观结构的颗粒增强复合材料力学性能数值分析[D]. 翁琳.上海交通大学 2015
本文编号：2916771
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
复合材料所占总结构质量的比值
另外后续退火热处理工艺也有利于复合板进行冲压、拉伸等进一步加工，工业上程序化的轧制复合生产技术可提高生产率且在经济上节约成本。图1-2 轧制复合原理示意图Fig. 1-2 Schematic illustration showing principle of roll bonding复合板在进行轧制复合后其界面的结合性与结合方式有很大关系。当前对于复合板的结合机制理论主要有薄膜理论、扩散理论、机械啮合理论等[26,27-29]。薄膜理论认为轧制过程中高压力下导致板材内部新鲜金属暴露于金属表面，在足够大的变形条件下使金属板材上新鲜金属发生结合。Vaidyanath等[26]表示在冷轧复合过程中，薄膜理论是板材的主要结合机制，板材在轧机压力作用下接触表面形成加工硬化，表面层处氧化膜的破裂程度及金属挤出数量决定了金属板材间的结合效果。Bay[27]认为薄膜理论中加工硬化过程不仅仅导致氧化膜的破碎，还会引起水蒸气等其他污染膜的断裂。事实上板材的结合性主要由挤出金属以及轧制压下强度所决定，金属板材发生结合过程中由发生物理接触、表面激活以及金属间结合三个阶段所构成。图1-3显示了薄膜理论的结合示意图，图中给出金属板材在轧机中的轧制入口、轧制处、轧制出口三个轧制位置。可以看到加工硬化导致金属板材表层处污染膜的断裂以及新鲜金属的挤出。扩散理论认为不同金属板材在轧制变形过程中相互接触区域形成金属原子扩散现象，界面处形成的扩散层即代表板材的良好结合。例如Lee等人[28]利用轧制复合的方法制备了Al/Cu复合板
异种板材发生物理咬合后随着温度的降低由于热膨胀系数的不同，导致板材间产生内应力和结合界面锁死现象。图1-3 轧制复合过程中金属表面层断裂和挤压示意图Fig. 1-3 Schematic illustration of fracture and extrusion of surface layer during roll bonding1.2.2 轧制参数对金属复合板材的影响到目前为止已经有很多关于轧制参数对复合板结合机制的影响的研究。据报道金属复合板材轧制结合过程中受到的影响因素主要有：轧制变形量、预复合金属材料、轧制结合温度、轧制压力、轧制时间、金属板材成分、表面处理条件、变形区的轧制几何（形状因子）、板材堆叠次序、层数、板材厚度以及后续热处理工艺等[30-43]。不同的轧制复合参数会导致不同的结合效果。尽管有很多影响因素，但对于实际生产上比较容易控制的几种参数条件只有轧制压力、轧制板材尺寸、轧制变形量以及板材表面光洁度等。在金属板材轧制复合过程中，必须具有足够大的轧制压力以保证金属可以一起塑性变形。因此轧制压力通常被认为是最重要的影响因素。Smith等人[44]发现随着轧辊压力的提升，金属板材的结合力逐渐增加，但当结合力足够大后压力的提升对板材结合力的影响不再明显。Vaidyanath等人[26]认为板材的结合强度与轧制压下量有关，板材只有在轧制压下量达到一定临界值后才能被轧制结合上。图1-4显示了不同- 6 -
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hot Deformation Behaviour of SiC/AA6061 Composites Prepared by Spark Plasma Sintering[J]. Xiaopu Li,Chongyu Liu,Kun Luo,Mingzhen Ma,Riping Liu. Journal of Materials Science & Technology. 2016(04)
[2]金属复合板带材轧制复合技术与装备研发[J]. 杨松涛,赵景申,张鹏翼,何中要,孙鹏. 有色金属加工. 2015(05)
[3]铂铑合金系基本力学性能的第一性原理研究[J]. 陈松,陆建生,谢明,夏璐,潘勇,胡洁琼. 稀有金属. 2015(03)
[4]爆炸复合技术[J]. 宋鸿玉. 中国钛业. 2013(03)
[5]层状金属复合板的研究和生产现状[J]. 马志新,胡捷,李德富,李彦利. 稀有金属. 2003(06)
[6]不锈钢复合板制备技术的发展[J]. 倪红卫,高娟,唐利民. 特殊钢. 2002(03)
[7]电子封装材料的研究现状[J]. 黄强,顾明元,金燕萍. 材料导报. 2000(09)
[8]金属基复合材料的现状与展望[J]. 吴人洁. 金属学报. 1997(01)
博士论文
[1]双金属复合板弯曲特性及辊式矫直过程研究[D]. 张超.北京科技大学 2018
[2]SiC纳米线诱发Al基体层错和孪晶的形成机制及其对力学行为的影响[D]. 董蓉桦.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于微观结构的颗粒增强复合材料力学性能数值分析[D]. 翁琳.上海交通大学 2015
本文编号：2916771
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