TiNi丝增强铝合金复合材料的制备及力学性能研究

发布时间：2017-08-24 16:37

  本文关键词：TiNi丝增强铝合金复合材料的制备及力学性能研究

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【摘要】：本文对TiNi丝增强铝合金复合材料的制备方法、力学性能及弹靶侵彻变形机制进行研究。利用INSTRON万能试验机与霍普金森压杆(SHPB)实验技术对原始TiNi合金材料的静动态力学性能进行深入分析;采用真空热压设备对TiNi丝增强Al合金复合材料的制备工艺方法进行研究,并结合微观组织分析及力学性能测试获得最佳制备工艺参数;结合X射线衍射图谱、DSC热分析、微观组织分析及力学性能测试等技术手段,对最佳工艺参数下所制备的TiNi/Al复合材料的力学性能、微观组织以及断裂破坏机制进行系统综合分析,并对7.62mm穿甲燃烧弹冲击条件下TiNi/Al复合材料靶板的侵彻过程中的变形与断裂进行了初步探究。论文研究所取得的主要结果如下:(1)Ti Ni合金原始组织主要为B2奥氏体相,存在少量的B19’马氏体相Ti3Ni4相,相变点分别为Mf=-65.3℃、Ms=-37.1℃、As=-33.9℃、Af=-4.5℃;准静态压缩真实应力-应变曲线存在两个明显的屈服平台,准静态拉伸与动态压缩应力-应变曲线上无屈服平台出现;变形过程均发生应力诱发马氏体相变,晶粒内部均充满平行条纹状组织;Ti Ni合金原始材料室温准静态拉伸呈现准解理断裂混合微孔聚集型断裂,准静态压缩和动态压缩呈现解理断裂特征,表现出明显的脆性断裂。(2)在所研究的工艺参数范围内,随着温度的升高、保温时间的延长,复合材料界面各元素扩散越充分,界面结合越好,互扩散层越明显;当其他条件保持不变时,随着温度的升高,复合材料的屈服强度、抗拉强度明显增大;随着保温时间的延长,复合材料的准静态拉伸屈服强度、抗拉强度也呈现增大趋势,但当保温温度增加到600℃以上时,屈服强度、抗拉强度变化很小,基本保持不变;最佳工艺参数为600℃,45MPa,180min。(3)Ti Ni/Al复合材料在175~230MPa之间发生屈服,屈服强度低于原始铝合金材料,随后随着流变应力的增加,变形增大直至断裂。TiNi/Al复合材料经过准静态拉伸后,各试样均有一定的层裂。铝合金基体呈现以韧窝为主的塑性断裂特征;TiNi合金丝呈现解理断裂混合微孔聚集型断裂特征。(4)真空热压过程中TiNi合金丝析出Ti3Ni4、Ti2Ni金属间化合物。真空热压处理后,由于析出相的产生造成晶粒内部应力场的不同,TiNi合金DSC曲线上出现了多个吸热峰及放热峰,分多阶段发生相变。(5)真空热压处理会使Al合金基体强度有所降低,所制备的TiNi/Al复合材料的准静态拉伸力学性能随着TiNi合金丝体积分数的增大而增大,当TiNi丝体积分数达到14.4%时,复合材料的抗拉强度高于原始Al合金基体。(6)TiNi/Al复合材料准静态压缩和动态压缩均具有各向异性,且随着TiNi合金丝体积分数的增加,复合材料的压缩力学性能也增加。(7)在7.62mm穿甲燃烧弹冲击条件下,TiNi/Al复合材料宏观损伤表现为热塑性损伤特征,主要损伤形式为Al合金基体、TiNi合金增强体的塑性变形,界面的开裂及裂纹,未形成绝热剪切带。
【关键词】：复合材料 真空热压 界面 微观组织 力学性能 相变
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 形状记忆合金概述12-13
• 1.2 形状记忆效应与超弹性的关系13-15
• 1.3 形状记忆合金（SMA）增强金属基复合材料设计思路15-16
• 1.3.1 SME纤维增强金属基复合材料15-16
• 1.3.2 SMA颗粒增强金属基复合材料16
• 1.4 形状记忆合金（SMA）增强金属基复合材料的制备方法16-19
• 1.4.1 粉末冶金法17-18
• 1.4.2 压铸法18
• 1.4.3 热压法18-19
• 1.5 形状记忆合金及其金属基复合材料的国内外研究现状19-22
• 1.5.1 形状记忆合金的研究19-20
• 1.5.2 金属基（SME）复合材料的研究20-22
• 1.6 课题研究背景和意义22
• 1.7 本文主要研究内容22-24
• 第2章 实验材料与方法24-31
• 2.1 试验流程24
• 2.2 试验材料24-25
• 2.3 复合材料制备过程25-27
• 2.3.1 TiNi形状记忆合金丝表面预处理25
• 2.3.2 7075Al合金基体表面预处理25
• 2.3.3 TiNi形状记忆合金丝增强铝合金复合材料制备25-27
• 2.4 性能测试方法27-29
• 2.4.1 室温准静态拉伸性能27
• 2.4.2 室温准静态压缩性能27-28
• 2.4.3 动态压缩力学性能28
• 2.4.4 弹靶试验28-29
• 2.5 微观组织分析29-31
• 2.5.1 微观组织形貌观察29
• 2.5.2 断口组织形貌观察29
• 2.5.3 X射线衍射分析29-30
• 2.5.4 DSC相变点测试30-31
• 第3章 TiNi合金原始材料的力学性能与微观组织研究31-41
• 3.1 TiNi合金原始材料的相结构与微观组织分析31-33
• 3.2 TiNi合金原始材料的准静态拉伸力学性能与微观组织分析33-35
• 3.2.1 准静态拉伸力学性能33-34
• 3.2.2 准静态拉伸后TiNi合金微观组织分析34
• 3.2.3 准静态拉伸断口形貌分析34-35
• 3.3 TiNi合金原始材料室温准静态压缩力学性能与断裂机制分析35-36
• 3.3.1 室温准静态压缩力学性能35-36
• 3.3.2 室温准静态压缩断口形貌36
• 3.4 TiNi合金原始材料室温动态压缩力学性能及微观组织分析36-39
• 3.4.1 室温动态压缩力学性能36-37
• 3.4.2 室温动态压缩变形后微观组织演化规律37-38
• 3.4.3 动态压缩断口形貌分析38-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 TiNi丝增强铝合金复合材料的制备工艺研究41-63
• 4.1 TiNi丝增强铝合金复合材料真空热压工艺参数41-43
• 4.2 不同工艺参数下TiNi/Al复合材料界面结合试验结果43-52
• 4.3 不同工艺参数下TiNi/Al复合材料准静态拉伸力学性能实验结果52-57
• 4.3.1 原始7075铝合金准静态拉伸性能52-53
• 4.3.2 不同保温时间条件下复合材料准静态拉伸力学性能53-55
• 4.3.3 不同温度条件下复合材料的准静态拉伸力学性能55-57
• 4.4 准静态拉伸断口形貌分析57-60
• 4.5 不同工艺参数对复合材料界面结合及力学性能的影响规律研究60-61
• 4.5.1 真空热压保温时间对复合材料的影响60
• 4.5.2 真空热压温度对复合材料的影响60-61
• 4.5.3 真空热压法制备TiNi/Al复合材料的最佳工艺参数61
• 4.6 本章小结61-63
• 第5章 TiNi/Al复合材料的力学性能与组织演化规律63-78
• 5.1 真空热压处理前后的TiNi丝相结构与微观组织分析63-64
• 5.2 真空热压处理前后TiNi合金相变点研究64-65
• 5.3 TiNi/Al复合材料的相结构与微观组织分析65-67
• 5.4 室温准静态拉伸力学性能及微观组织分析67-72
• 5.4.1 真空热压处理后铝合金准静态拉伸力学性能及微观组织分析67-69
• 5.4.2 不同TiNi丝体积分数复合材料准静态拉伸力学性能69-70
• 5.4.3 TiNi/Al复合材料不同受力方向上准静态拉伸性能及微观组织70-72
• 5.5 TiNi/Al复合材料室温压缩力学性能72-74
• 5.5.1 TiNi/Al复合材料准静态压缩力学性能72-73
• 5.5.2 TiNi/Al复合材料动态压缩力学行能73-74
• 5.6 TiNi/Al复合材料侵彻变形及断裂研究74-77
• 5.6.1 靶板宏观损伤特征研究74-76
• 5.6.2 靶板微观损伤特征研究76-77
• 5.7 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-86
• 攻读硕士期间发表论文与研究成果清单86-88
• 致谢88

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本文编号：732409