本文選題：金屬基復(fù)合材料　切入點(diǎn)：納米壓痕　出處：《上海交通大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中,增強(qiáng)體和基體的界面作為連接增強(qiáng)體和基體的重要“橋梁”,其性能對復(fù)合材料的綜合性能十分重要。本文利用SiC顆粒(SiCp)增強(qiáng)Al基復(fù)合材料為模型材料,制備不同熱處理?xiàng)l件下的試樣,用納米壓痕技術(shù)表征界面微區(qū)力學(xué)性能分布規(guī)律,并結(jié)合界面微區(qū)組織結(jié)構(gòu)的位錯(cuò)和晶粒尺寸分析,以及宏觀拉伸試驗(yàn)結(jié)果,來探究界面附近過渡區(qū)和復(fù)合材料力學(xué)性能的關(guān)系。合理選擇納米壓痕位置、間距對于有效表征SiCp/Al界面附近力學(xué)性能分布十分重要。當(dāng)選擇壓入深度為120 nm,相鄰間隔為1μm的壓痕點(diǎn),從顆粒穿過平緩界面向基體依次做壓痕測試時(shí),可以真實(shí)反映界面的硬度分布規(guī)律。SiCp/Al界面的硬度變化過渡區(qū)與基體的位錯(cuò)分布相一致。本文選擇α-SiC顆粒和7A04鋁合金,并用攪拌鑄造法制備復(fù)合材料。通過擠壓變形、固溶和時(shí)效處理,最終得到4種時(shí)效時(shí)間不同的試樣,分別為擠壓態(tài)、欠時(shí)效、峰值時(shí)效、過時(shí)效。在不同時(shí)效處理的樣品上做壓痕實(shí)驗(yàn)。根據(jù)不同試樣的SiCp/Al界面硬度分布規(guī)律可知,峰值時(shí)效樣品基體的硬度值最高,擠壓態(tài)樣品基體的硬度值最低。相較于擠壓態(tài)和欠時(shí)效樣品,峰值時(shí)效和過時(shí)效樣品上的硬度變化區(qū)(過渡區(qū))較小。前者約為2μm,后者約為6μm。對樣品進(jìn)行微區(qū)組織結(jié)構(gòu)分析可知,位錯(cuò)集中區(qū)隨著時(shí)效時(shí)間的增加而減小。這是由于時(shí)效過程中,析出相易在界面位錯(cuò)集中區(qū)域成核,而析出相的長大會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)的重排以及亞晶界的移動(dòng),從而引起位錯(cuò)減少。復(fù)合材料中基體的晶粒尺寸隨時(shí)效時(shí)間的增加先減小后增大,也從側(cè)面證實(shí)了時(shí)效過程中發(fā)生了回復(fù)再結(jié)晶,并影響了界面附近位錯(cuò)的分布。由復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能測試結(jié)果可知,4種不同時(shí)效處理的復(fù)合材料斷裂應(yīng)變隨時(shí)效時(shí)間的增加而減小。這與時(shí)效過程生成的不同種類的沉淀相、以及界面的載荷傳遞能力有關(guān)。此外,實(shí)驗(yàn)證明時(shí)效處理的復(fù)合材料的強(qiáng)度和基體的強(qiáng)度成正比,不依賴于增強(qiáng)體和基體間的載荷轉(zhuǎn)移。綜上所述,用納米壓痕技術(shù)做微區(qū)力學(xué)性能表征可以作為評(píng)價(jià)顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),為實(shí)際塊體復(fù)合材料的建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
[Abstract]:Particle reinforced metal matrix composites, The interface between reinforcement and matrix acts as an important "bridge" between reinforcement and matrix, and its properties are very important to the comprehensive properties of composites. In this paper, SiC particle reinforced Al matrix composites are used as model materials. Samples were prepared under different heat treatment conditions. The distribution of mechanical properties of interfacial microstructures was characterized by nano-indentation technique. The dislocation and grain size analysis of interfacial microstructures were combined with the results of macroscopic tensile tests. To explore the relationship between the transition zone near the interface and the mechanical properties of the composite. The spacing is very important to characterize the distribution of mechanical properties near the SiCp/Al interface effectively. When the indentation point with a depth of 120nm and an adjacent interval of 1 渭 m is selected, the indentation is measured from the particle through the flat interface to the matrix. The hardness distribution of interface. The hardness transition zone of sic / Al interface is consistent with the dislocation distribution of matrix. In this paper, 偽 -SiC particles and 7A04 aluminum alloy are selected, and the composites are prepared by agitation casting. After solid solution and aging treatment, four kinds of aging samples with different aging time were obtained, which were extruded, underaged, and peak aging, respectively. Over aging. Indentation experiments were performed on samples with different aging treatments. According to the distribution of hardness at the SiCp/Al interface of different samples, the hardness of the matrix of the peak aging samples was the highest. Compared with extruded and underaged samples, the hardness of extruded samples was the lowest. The hardness change zone (transition zone) on the peak aging and overaging samples is smaller. The former is about 2 渭 m, the latter is about 6 渭 m. The dislocation concentration region decreases with the increase of aging time. This is because the precipitation phase is easy to nucleate in the interfacial dislocation concentration region during the aging process, and the growth of the precipitated phase will lead to the dislocation rearrangement and the movement of the sub-grain boundary. The grain size of the matrix decreases first and then increases. It is also confirmed that the recovery recrystallization occurs during aging. And the distribution of dislocation near the interface is affected. According to the test results of the macroscopic mechanical properties of composite materials, the fracture strain of the composites with four different aging treatments increases and decreases at any time, which is not related to the aging process. The precipitation phase of the same species, In addition, the experimental results show that the strength of the aged composites is proportional to the strength of the matrix and does not depend on the load transfer between the reinforcement and the matrix. The nanoindentation technique can be used as a criterion for evaluating the macroscopic mechanical properties of particle reinforced composites, which can provide experimental basis for modeling and optimization design of bulk composites.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33

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本文編號(hào)：1658186