TiB2p/Al复合材料动静态压缩性能及抗高速撞击行为

论文摘要

本文以航天器防护屏等抗高速撞击为研究背景,采用压力浸渗方法制备体积分数为55%的TiB2p/Al复合材料,利用万能电子拉伸试验机、霍普金森压杆设备、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜研究了温度和应变率对材料压缩力学性能和组织的影响规律,并且利用二级轻气炮和扫描电子显微镜研究了复合材料的抗高速撞击性能及撞击后材料的宏观和微观损伤行为。本文试验分为三部分:压缩试验,高速撞击试验及微观组织表征。常温下,应变率在10-31000S-1范围内,流变应力随着应变率的增加而降低,表现出应变率负敏感性,应变率在10002000S-1范围内,流变应力基本保持不变,表现出应变率不敏感性。高温下,流变应力随着应变率的增加而增大,最后趋于稳定,表现出应变率正敏感性。随着试验温度的升高,颗粒网状骨架结构对强度起主要作用,同时基体合金抑制颗粒在基体中滑动的能力不断减弱,低应变率时体现出颗粒在基体中滑动特性,高应变率时体现出颗粒网络骨架结构的承载瞬间载荷特性。应变率相同时,复合材料的强度随着温度的增加而降低,温度越高,强度降低的趋势越明显。室温时,经各种应变率压缩后,断口处有犁沟区、基体熔化区及裂纹。温度升高到250℃和400℃,犁沟更加明显,基体合金熔融区变大,颗粒出现破碎。550℃时,犁沟痕迹消失,裂纹变的不明显,呈现的是微小裂纹和空隙,颗粒松散不密实。常温准静态压缩后(应变率10-3S-1),复合材料基体中出现大量位错,而随着温度的升高,基体内发生动态再结晶和动态再结晶晶粒的长大,而在550℃,基体内部主要发生动态回复,这使位错密度大大降低。在各试验温度下,与应变率10-3S-1相比,经应变率为1S-1压缩后,TiB2颗粒内部出现位错,位错密度随着温度的增加而增大。高速撞击后,弹坑深度和撞击面直径随着弹丸直径的增加而增大,弹坑背部无崩落、穿孔等损伤。弹坑底部组织损伤有颗粒破碎、裂纹和疏松等缺陷。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 金属基复合材料制备方法
• 1.3 空间碎片
• 1.3.1 空间碎片的来源
• 1.3.2 空间碎片的危害
• 1.3.3 空间碎片的防护
• 1.4 材料在高应变率下的动态响应行为
• 1.4.1 应变率敏感性
• 1.4.2 应变硬化及软化
• 1.4.3 高应变率下的损伤行为
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 增强体的选择
• 2.1.2 基体的选择
• 2.2 试验材料的制备
• 2.3 试验材料的热处理工艺
• 2.4 力学性能测试和抗高速撞击性能测试
• 2.4.1 静态力学性能测试
• 2.4.2 动态力学性能测试
• 2.4.3 抗高速撞击性能测试
• 2.5 显微组织观察
• 2P/AL 复合材料动静态压缩性能'>第3章 TIB₂P/AL 复合材料动静态压缩性能
• 3.1 引言
• 3.2 应变率对复合材料的宏观损伤行为和压缩性能的影响
• 3.2.1 应变率对复合材料宏观损伤形式的影响
• 3.2.2 室温条件下应变率对复合材料的压缩性能的影响
• 3.2.3 250℃条件下应变率对复合材料压缩性能的影响
• 3.2.4 400℃条件下应变率对复合材料的压缩性能的影响
• 3.2.5 550℃条件下应变率对复合材料的压缩性能的影响
• 3.3 温度对复合材料压缩性能的影响
• -1 下不同温度对压缩性能的影响'>3.3.1 应变率10-3S^-1下不同温度对压缩性能的影响
• -1 下不同温度对压缩性能的影响'>3.3.2 应变率1S^-1下不同温度对压缩性能的影响
• -1 下不同温度对压缩性能的影响'>3.3.3 应变率1000S^-1下不同温度对压缩性能的影响
• -1 下不同温度对压缩性能的影响'>3.3.4 应变率1500S^-1下不同温度对压缩性能的影响
• -1 下不同温度对压缩性能的影响'>3.3.5 应变率2000S^-1下不同温度对压缩性能的影响
• 3.4 复合材料的应变率敏感性
• 3.4.1 应变率敏感因子的计算方法
• 3.4.2 相同温度时不同应变率对应变率敏感性的影响
• 3.4.3 相同应变率时温度对应变率敏感系数的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 动静态压缩条件下复合材料的组织研究
• 4.1 引言
• 4.2 复合材料压缩后断口形貌分析
• 4.2.1 常温下复合材料压缩后断口形貌分析
• 4.2.2 250℃下复合材料压缩后断口形貌分析
• 4.2.3 400℃下复合材料压缩后断口形貌分析
• 4.2.4 550℃下复合材料压缩后断口形貌分析
• 4.3 复合材料压缩后TEM 组织分析
• 4.4 微观组织与压缩性能的相关性
• 4.5 本章小结
• 2P/AL 复合材料高速撞击损伤行为'>第5章 TIB₂P/AL 复合材料高速撞击损伤行为
• 5.1 引言
• 5.2 弹坑几何参数
• 5.3 高速撞击试验弹坑表面形貌研究
• 5.4 弹坑剖面微观组织研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢