含夹层缺陷的SiC_p/2024Al复合材料力学性能及尺寸稳定性研究

【摘要】：在挤压铸造法制备铝复合材料过程中会产生夹层缺陷,夹层对材料强度的影响规律尚未有研究,至今无法确定含夹层缺陷材料的许用极限,因此,无法制定国家标准。本文以含有夹层缺陷的SiCp/2024Al复合材料为研究对象,通过弯曲试验、拉伸试验和尺寸稳定性实验研究了夹层缺陷的方向和厚度对复合材料力学性能和尺寸稳定性的影响规律。试验中选取的夹层缺陷与试样轴线方向之间的夹角分别为30°、45°、90°。 试验表明,无夹层缺陷的SiCp/2024Al复合材料的弯曲强度为867.8MPa。含夹层缺陷复合材料的弯曲强度与夹层缺陷的方向及厚度存在如下的关系式： 即随着夹层缺陷厚度的增加,复合材料的弯曲强度呈现指数下降的趋势。而当夹层缺陷的厚度一定时,30°方向和90°方向的夹层缺陷对复合材料的弯曲强度影响都较小,且较接近,而45°方向的夹层缺陷对弯曲强度的影响最为剧烈。 无夹层缺陷的SiCp/2024Al复合材料的抗拉强度为544.4MPa。含夹层缺陷复合材料的抗拉强度与夹层缺陷的方向及厚度存在如下的关系式： 即随着夹层缺陷厚度的增加,复合材料的弯曲强度呈现指数形式的下降趋势。而当夹层缺陷的厚度一定时,45°方向夹层缺陷对复合材料抗拉强度的影响最小,90°方向夹层缺陷次之,30°方向夹层缺陷的影响最大。 在拉伸载荷下会在夹层缺陷附近的复合材料中产生明显的应力集中,并且应力集中系数随着夹层缺陷厚度的增加,也呈现指数形式的增大趋势。 含有夹层缺陷的复合材料在热处理之后会产生较大的残余应力,随着夹层缺陷厚度的增加,含30°方向夹层缺陷附近的热残余应力逐渐增加,而含45°90°方向夹层缺陷附近的热残余应力却逐渐降低。 随着夹层缺陷厚度的增加,含30°和45°方向夹层缺陷的复合材料的尺寸稳定性整体上呈现降低趋势；含90°方向夹层缺陷的复合材料稳定性基本保持不变。