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  2. 重慶大學(xué)《JMST》:累積疊軋層狀鋁合金復(fù)合材料的彎曲斷裂行為!
    2021-12-14 10:57:30 作者:材料科學(xué)與工程 來(lái)源:材料科學(xué)與工程 分享至:

     通過(guò)不同方法合成的復(fù)合材料已經(jīng)得到了廣泛的研究,包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料和層狀復(fù)合材料(LMCs)。在傳統(tǒng)材料中,LMC具有密度低、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是在航空航天、汽車等工業(yè)環(huán)境中有應(yīng)用前景的結(jié)構(gòu)材料。多種工藝(如滾壓復(fù)合、擠壓復(fù)合和爆炸復(fù)合)已被用于制造各種LMC。軟硬層在LMC中的配置符合增韌的需求。層狀結(jié)構(gòu)中軟層的引入降低了硬層的體積分?jǐn)?shù),改變了變形過(guò)程中裂紋的擴(kuò)展,導(dǎo)致裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋接或界面分層。已有報(bào)道研究厚度比、堆垛順序和成分對(duì)LMC斷裂韌性的影響,然而對(duì)于不同層數(shù)的LMC復(fù)合材料的力學(xué)行為和增韌機(jī)理研究較少。


    重慶大學(xué)的研究人員采用累積疊軋焊(ARB)工藝制備了不同厚度比和不同層數(shù)的AA1100/AA7075 LMCs。研究了AA1100/AA7075復(fù)合材料的力學(xué)性能及其斷裂行為。討論了結(jié)構(gòu)變化對(duì)增韌機(jī)理的影響。相關(guān)論文以題為“Effect of lamellar structural parameters on the bending fracture behavior of AA1100/AA7075 laminated metal composites”發(fā)表在Journal of Materials Science & Technology。

    論文鏈接:

    https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.04.075


    本研究使用材料為1.5mm厚的AA1100-H24和2mm厚的AA7075-O。采用熱ARB法制備多層Al/Al復(fù)合材料,經(jīng)過(guò)堆疊輥壓后成功制備了320層、640層和1280層的AA1100/AA7075試樣(簡(jiǎn)稱AA1100/AA7075(3:4))。為了分析層厚比對(duì)AA1100/AA7075 LMC力學(xué)性能的影響,采用1 mm厚的AA1100和4 mm厚的AA7075板材,在相同的軋制和堆焊條件下制備了厚度為4mm的5層復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱AA1100/AA7075(1:4))。

    研究發(fā)現(xiàn)不同厚度比的AA1100/AA7075 LMC的應(yīng)變分布差異明顯,提高較軟的1100Al層的體積分?jǐn)?shù)可以容納更多的變形,促進(jìn)韌性效果的提高。相比于AA1100/AA7075(1:4)試樣的彎曲強(qiáng)度,AA1100/AA7075(3:4)試樣的彎曲強(qiáng)度下降主要是由于7075Al層的摻混率降低所致。而在AA1100/AA7075(3:4)試樣中,受裂紋橋接層厚度限制的裂紋擴(kuò)展抗力有利于彎曲韌性和延性的提高。


    圖1 不同厚度比AA1100/AA7075(1:4)和AA1100/AA7075(3:4)LMC的SEM圖和ODF圖


    圖2 不同厚度比AA1100/AA7075LMC的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線和兩個(gè)試件對(duì)應(yīng)的斷裂部位應(yīng)變分布


    圖3 (a)彎曲試驗(yàn)中使用的不同厚度比試件;(b)不同厚度比試樣的彎曲應(yīng)力-應(yīng)變曲線;(c)和(d)分別為兩個(gè)試件具有預(yù)缺口和有效應(yīng)力分布的彎曲模型


    圖4 不同厚度比AA1100/AA7075LMC在不同位移下的應(yīng)變分布
    (a, b) AA1100/AA7075(3:4);(c, d) AA1100/AA7075(1:4)


    圖5 多層AA1100/AA7075復(fù)合材料的滾壓界面演變和320層、640層、1280層的顯微組織與放大形貌

    本文研究了厚度比和層數(shù)對(duì)Al/Al合金LMC增韌機(jī)理的影響。即使在1280層的板材中,ARB制備的AA1100/AA7075LMCs仍然保持連續(xù)平直的界面結(jié)構(gòu),這歸因于較高的軋制溫度和重復(fù)的中間退火過(guò)程。隨著層數(shù)的增加,1280層試樣的韌性比層數(shù)較少的低。可以認(rèn)為,除了厚度效應(yīng)外,裂紋撓度和界面分層也對(duì)韌性的提高起到了重要作用。本文為Al/Al合金LMC設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

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