高新金属材料(19):影响原位铝基复合材料蠕变性能的因素

2020年09月01日 9:3 4066次浏览 来源:   分类: 新材料前沿   作者:

导读: 若外加应力相等,提高Al2O3粒子的体积分数也可以较长地延长复合材料寿命,也就是说,原位颗粒增强体Al2O3可在相当大的程度上提高复合材料抗蠕变能力。

图(a)是在523K时,对原位体积分数5%Al2O3/6063 A1复合材料施加不同应力的蠕变曲线。此图显示,外加应力增加时,蠕变曲线虽然保持着三阶段持点,但整个蠕变过程缩短。应力状态对第三阶段的影响最大,若应力为50MPa,第二阶段持续时间较长,蠕变曲线平缓;外应力增加时,第二阶段持续时间,蠕变曲线也变得陡峭;当外应力上升到90MPa时,蠕变曲线仅在第二阶段转折一下,便很快平稳,进入第三阶段。
图(b)是在应力为50MPa不同温度时的蠕变曲线。可见,随首蠕变温度的下降,蠕变过程延长,在蠕变温度623K时,蠕变第二阶段持续了很短时间便发生脆性断裂;若降低实验温度,第二阶段持续便大大延长;实验温度为523K时,蠕变曲线变得平平缓缓,第二阶段可持续几十小时。
图(c)为稳态蠕变速率与外加应力的关系。由图可见,随着实验温度的升高,复合材料的稳态蠕变速率明显上升。在相等应力时,温度每升高50K,稳态蠕变速率增1个数量级至2个数量级,也就是说,温度对材料的抗蠕变能力影响甚大。温度越高,断裂前应力作用的时间越长,伸长率越低。这说明在长时间的高温恒载荷条件下,复合材料在比屈服强度低很多的应力作用下即可发生缓慢而连续的塑性变形,高温使用性能大大下降,因此,不能仅评Al2O3/6063 A1复合材料的短时高温强度作为高温使用性能的评据。
图(d)为在523K时,颗粒体积分数为5%、7%的原位Al2O3/6063 A1复合材料的稳态蠕变速率与外加应力的关系。温度相同时,蠕变速率的变化趋势大体相同,而提高增强体颗粒Al2O3分数,稳态糯变速率下降约1个数量级,说明Al2O3颗粒体积分数对Al2O3/6063 A1复合材料蠕变能力有相当大的影响。
图(e)表示Al2O3体积分数在523K、573K、623K时,复合材料的断裂寿命与外加应力的关系。由图可见,温度相同时,颗粒体积分数越高,复合材料寿命越长;若外加应力相等,提高Al2O3粒子的体积分数也可以较长地延长复合材料寿命,也就是说,原位颗粒增强体Al2O3可在相当大的程度上提高复合材料抗蠕变能力。

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责任编辑:淮金

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