開發(fā)鈦合金復(fù)合材料有望解決航空航天領(lǐng)域?qū)Ψ蹨囟葹?00-800℃的輕質(zhì)高強(qiáng)材料的需求。得益于特殊的增強(qiáng)相空間分布,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能,并且可以通過熱加工進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)材料的組織調(diào)控和力學(xué)性能的優(yōu)化。然而在熱變形過程中,增強(qiáng)相網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)演變將對(duì)力學(xué)性能產(chǎn)生重要的影響。本文首先采用Deform-3D有限元軟件對(duì)圓柱、圓環(huán)以及法蘭類零件鐓粗熱變形行為進(jìn)行模擬,并選定圓環(huán)鐓粗熱變形方案開展實(shí)驗(yàn)以研究應(yīng)變狀態(tài)-增強(qiáng)相網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)演變-力學(xué)性能之間的關(guān)系。圓柱鐓粗熱變形模擬結(jié)果表明材料徑向流動(dòng)速率隨變形壓下量的增大或圓柱坯料形狀因子的減小而增大。其次,定量計(jì)算了熱變形過程中不同變形區(qū)域體積占比的變化情況,發(fā)現(xiàn)隨著變形壓下量的增大,難變形區(qū)體積占比持續(xù)減小,而易變形區(qū)體積占比先減小后增大,自由變形區(qū)體積占比先增大后減小。隨著形狀因子的增大,難變形區(qū)體積占比連續(xù)增大,易變性區(qū)先減小后增大,而自由變形區(qū)先增大后減小。提出了采用應(yīng)變離散系數(shù)衡量變形均勻性,應(yīng)變離散系數(shù)越小,變形均勻性越好。增大壓下量或減小形狀因子,將減小應(yīng)變離散系數(shù),導(dǎo)致應(yīng)變分布更均勻。此外,隨變形壓下量的增大,單位體積成... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

非連續(xù)鈦基復(fù)合材料和連續(xù)鈦基復(fù)合材料示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-1-2為其結(jié)構(gòu)示意圖，在宏觀層面上，除增強(qiáng)相團(tuán)聚區(qū)以棒狀/層狀/環(huán)狀分布外，其它三種情形都表現(xiàn)出均勻分布的特性。本文研究的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料屬于增強(qiáng)相團(tuán)聚區(qū)網(wǎng)狀分布而貧化區(qū)離散分布這一類型。圖1-2增強(qiáng)相團(tuán)聚結(jié)構(gòu)示意圖[14](插圖為典型代表相應(yīng)的SEM照片)(a)增強(qiáng)相團(tuán)聚區(qū)離散分布(b)增強(qiáng)相團(tuán)聚區(qū)以棒狀/層狀/環(huán)狀分布(c)增強(qiáng)相團(tuán)聚區(qū)網(wǎng)狀分布而貧化區(qū)離散分布(d)增強(qiáng)相團(tuán)聚區(qū)與貧化區(qū)雙連通網(wǎng)狀分布Hashin與Shtrikaman共同提出了著名的Hashin-Shtrikaman(H-S)理論[15]，理論分析表明增強(qiáng)相均勻分布不能獲得最佳的強(qiáng)化效果。與增強(qiáng)相均勻分布相比，Conlon等人[16]從實(shí)驗(yàn)上證明增強(qiáng)相的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)可以明顯提高復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度。因此，設(shè)計(jì)優(yōu)化增強(qiáng)相非均勻分布結(jié)構(gòu)成為強(qiáng)化鈦基復(fù)合材料的一個(gè)重要研究方向，增強(qiáng)相三維準(zhǔn)連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料便是其中成功的案例。1.2.2網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料根據(jù)H-S理論[16]，各向同性復(fù)合材料的彈性模量介于與之間，其具體表達(dá)式如下：=(+(2))+(2)(1-1)Lower=β(β(1)+α(1+))α(1)+β(1)(1-2)式中，和分別為復(fù)合材料彈性模量的上限與下限值，和分別為α相與β相的彈性模量，為α相的體積分?jǐn)?shù)。彈性模量上限

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-對(duì)應(yīng)的物理模型為硬相包圍球形軟相；彈性模量下限對(duì)應(yīng)的物理模型為軟相包圍球形硬相�；贖-S上限結(jié)合理論，黃陸軍等人[17]最早設(shè)計(jì)制備了準(zhǔn)連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其設(shè)計(jì)思路如圖1-3所示。選取大顆粒鈦粉與小尺寸TiB2顆粒，通過低能球磨，在不破壞鈦粉形貌的前提下，使TiB2顆粒粘附在鈦粉表面，在反應(yīng)熱壓燒結(jié)條件下生成的TiBw均勻分布在鈦合金粉末的“晶界”處，形成三維準(zhǔn)連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。圖1-3增強(qiáng)相三維準(zhǔn)連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料設(shè)計(jì)思路[14]通過對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的微觀組織表征及力學(xué)性能測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)與增強(qiáng)相均勻分布相比，其具有更高的強(qiáng)度和塑性，如圖1-4所示[18]。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料優(yōu)異的力學(xué)性能可以歸納為以下幾方面:H-S上限結(jié)合與增強(qiáng)相三維空間準(zhǔn)連續(xù)結(jié)構(gòu)共同決定了其具有的良好的強(qiáng)化作用；較好的塑性可以歸因于低能球磨避免基體吸氫、吸氧而脆化以及基體顆粒之間的連通，可以有效阻礙裂紋擴(kuò)展和承載應(yīng)變。圖1-4鈦基復(fù)合材料SEM圖片及拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線[18](a)增強(qiáng)相均勻分布(b)增強(qiáng)相網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布(c)拉伸力學(xué)性能曲線為了調(diào)控網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的微觀組織及提高其力學(xué)性能，研究人員開展了大量的工作，對(duì)球磨工藝參數(shù)、燒結(jié)工藝參數(shù)[19,20]、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)參數(shù)[21,22]等進(jìn)行優(yōu)化。其中需要特別注意的是局部增強(qiáng)相含量，對(duì)于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其力學(xué)性能不僅取決于整體增強(qiáng)相的含量，而且還受局部增強(qiáng)相含量的影響。研究結(jié)果表明，“晶界”TiBw富集區(qū)的寬度基本保持不變，根據(jù)文獻(xiàn)[23]，整體增強(qiáng)相與局部

【參考文獻(xiàn)】：
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