金屬屬基復合材料成形-ch6-2015

1、第六講第六講 MMC成形加工技術(shù)成形加工技術(shù)School of materials science and engineering ，CSU中南大學中南大學材料科學與工程學院材料科學與工程學院金屬基復合材料制備技術(shù)金屬基復合材料制備技術(shù) 本講內(nèi)容本講內(nèi)容MMC鑄造成形鑄造成形MMC塑性成形塑性成形MMC連接成形連接成形MMC機加工機加工MMC熱處理熱處理1.MMC鑄造成形鑄造成形1.1 MMC鑄造成型方法與特點鑄造成型方法與特點按增強材料和金屬液體按增強材料和金屬液體的混合方式不同的混合方式不同正正壓壓鑄鑄造造拌拌鑄鑄造造負負壓壓鑄鑄造造1.1.1 攪拌鑄造成型攪拌鑄造成型半固態(tài)機械攪拌法：半

2、固態(tài)機械攪拌法：利用合金在固液溫度利用合金在固液溫度區(qū)間經(jīng)攪拌后得到的區(qū)間經(jīng)攪拌后得到的流變性質(zhì)，將增強顆流變性質(zhì)，將增強顆粒攪入半固態(tài)熔液中粒攪入半固態(tài)熔液中，依靠半固態(tài)金屬的，依靠半固態(tài)金屬的粘性阻止增強顆粒因粘性阻止增強顆粒因密度差而浮沉來制備密度差而浮沉來制備復合材料。復合材料。液態(tài)機械攪拌法：液態(tài)機械攪拌法：通通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)運動過攪拌器的旋轉(zhuǎn)運動使增強材料均勻分布使增強材料均勻分布在液體中，然后澆注在液體中，然后澆注成型。成型。設(shè)備簡單，操作方便設(shè)備簡單，操作方便, ,但增強顆粒不易與基但增強顆粒不易與基體材料混合均勻，且體材料混合均勻，且材料的吸氣較嚴重。材料的吸氣較嚴重。攪拌鑄

3、攪拌鑄造成型造成型離心鑄造法離心鑄造法是在離心是在離心作用下將金屬液體滲作用下將金屬液體滲入增強材料間隙形成入增強材料間隙形成復合材料的一種方法。復合材料的一種方法。擠壓鑄造擠壓鑄造是按零件的是按零件的形狀制作增強物預制形狀制作增強物預制塊，將預制塊放入鑄塊，將預制塊放入鑄型型, ,在重力下澆入液在重力下澆入液態(tài)金屬或合金，液體態(tài)金屬或合金，液體在壓頭作用下滲入預在壓頭作用下滲入預制塊。制塊。正壓鑄正壓鑄造成型造成型1.1.2 正壓鑄造成型正壓鑄造成型自浸滲法自浸滲法是是破壞金屬破壞金屬液體表面的氧化層以液體表面的氧化層以改善液體與增強顆粒改善液體與增強顆粒的浸潤性，借助預制的浸潤性，借助預制

4、體內(nèi)的毛細管力作用體內(nèi)的毛細管力作用使金屬液體引入增強使金屬液體引入增強材料間隙。材料間隙。真空吸鑄法真空吸鑄法是是將預制將預制體放入鑄型后，將鑄體放入鑄型后，將鑄型一端浸入金屬液中，型一端浸入金屬液中，而將鑄型的另一端接而將鑄型的另一端接真空裝置，使液態(tài)合真空裝置，使液態(tài)合金吸入預制體內(nèi)的一金吸入預制體內(nèi)的一種方法。種方法。負壓鑄負壓鑄造成型造成型1.1. 3 負壓鑄造成型負壓鑄造成型1.MMC鑄造成形鑄造成形1.2 MMC鑄造成型的技術(shù)問題鑄造成型的技術(shù)問題u增強顆粒與金屬熔體的潤濕性增強顆粒與金屬熔體的潤濕性u增強顆粒分布均勻性增強顆粒分布均勻性u增強顆粒與基體金屬的界面結(jié)構(gòu)增強顆粒與基

5、體金屬的界面結(jié)構(gòu)u顆粒增強金屬基復合材料顆粒增強金屬基復合材料PRMMC PRMMC 的凝固過程的凝固過程 增強顆粒進入基體金屬熔體，并能很好地分散，首要的條件是兩者增強顆粒進入基體金屬熔體，并能很好地分散，首要的條件是兩者必須相互潤濕。以鋁合金為例，常用的增強顆粒必須相互潤濕。以鋁合金為例，常用的增強顆粒Al2O3、SiC 與與Al 的潤的潤濕性都比較差，它們的接觸角濕性都比較差，它們的接觸角大于大于90o。而有些增強顆粒表面存在的氧。而有些增強顆粒表面存在的氧化物，由于其吸附氣體、水分等，使得增強顆粒與金屬基體的潤濕性變化物，由于其吸附氣體、水分等，使得增強顆粒與金屬基體的潤濕性變得更差。

6、得更差。 1.2.11.2.1增強顆粒與金屬熔體的潤濕性增強顆粒與金屬熔體的潤濕性增強顆粒在復合材料凝固過程中是被凝固界面排斥還是捕捉受很多因素的增強顆粒在復合材料凝固過程中是被凝固界面排斥還是捕捉受很多因素的影響，如顆粒與固相、液相之間的界面能，顆粒的大小及密度，液體的粘影響，如顆粒與固相、液相之間的界面能，顆粒的大小及密度，液體的粘度，熱傳導率，液體的對流，界面前沿的溫度梯度等。度，熱傳導率，液體的對流，界面前沿的溫度梯度等。 對于金屬對于金屬/ /陶瓷這樣的高界面能系統(tǒng)，其界面能比低溫下的水或有機溶液陶瓷這樣的高界面能系統(tǒng)，其界面能比低溫下的水或有機溶液/ /顆粒系統(tǒng)的界面能大得多，此時

7、界面能的作用占主導地位。顆粒系統(tǒng)的界面能大得多，此時界面能的作用占主導地位。 在重力下凝固及界面前無對流的條件下，當顆粒較小時（在重力下凝固及界面前無對流的條件下，當顆粒較小時（0.5mm0.5mm）可忽）可忽略浮力的影響，結(jié)合凝固界面與顆粒相接觸時的實際生長狀態(tài)，提出了略浮力的影響，結(jié)合凝固界面與顆粒相接觸時的實際生長狀態(tài)，提出了下圖所示的相互作用模型下圖所示的相互作用模型 909090, , 顆粒被排斥顆粒被排斥當當PLPLSPSP時，時，9090，顆粒被凝固界面捕捉，顆粒被凝固界面捕捉, ,結(jié)合更穩(wěn)定。結(jié)合更穩(wěn)定。當當PLPLSPSP時，時，9090，顆粒將被凝固界面所排斥，顆粒將被凝固

8、界面所排斥. . SP，PL，SL分別代表固相分別代表固相/顆粒、顆粒顆粒、顆粒/液相、固相液相、固相/液相之間的界面能，液相之間的界面能，三者有如下關(guān)系三者有如下關(guān)系 :cos()/PLSPSL提高潤濕性提高潤濕性措施措施改決潤濕性較差的措施改決潤濕性較差的措施1.2.2. 1.2.2. 增強顆粒分布均勻性增強顆粒分布均勻性在外加增強顆粒制備在外加增強顆粒制備PRMMC PRMMC 的鑄造法中，增強顆粒的密的鑄造法中，增強顆粒的密度一般與基體金屬相差較大度一般與基體金屬相差較大, ,且兩者互不潤濕，因而顆粒且兩者互不潤濕，因而顆粒在金屬基體中容易上浮、下沉及偏聚。在金屬基體中容易上浮、下沉及

9、偏聚。Stokes Stokes 質(zhì)點上浮質(zhì)點上浮速度表達式為：速度表達式為：增強顆粒金屬液292rgv式中式中:金屬液的粘度金屬液的粘度, (pa, (pas) s) ； r r 增強顆粒半徑，增強顆粒半徑，m m； g g 重力加速度，重力加速度，9. 8 (m9. 8 (ms- 2) s- 2) ；密度，密度， (kg(kgm- 3) m- 3) 。增大粘度，降低顆粒粒徑及基體與增強體密度差均有增大粘度，降低顆粒粒徑及基體與增強體密度差均有利于均勻分布利于均勻分布界面界面類類型型 增強體與基體增強體與基體互不反應亦互互不反應亦互不溶解不溶解 1.2.31.2.3增強顆粒與基體金屬的界面結(jié)

10、構(gòu)增強顆粒與基體金屬的界面結(jié)構(gòu)增強體與基體不反增強體與基體不反應但能互相溶解應但能互相溶解增強體與基體互相增強體與基體互相反應反應-界面反應物界面反應物MMC界面大多屬于第三類，在改善界面大多屬于第三類，在改善PRMMC界面潤濕性的同時，界面潤濕性的同時，須注意防止界面過度反應；須注意防止界面過度反應；選擇適當增強體與基體組合，是保證界面結(jié)合良好的途徑。選擇適當增強體與基體組合，是保證界面結(jié)合良好的途徑。 1）元素化學位相近，物質(zhì)親合力大，易發(fā)生潤濕，發(fā)生反應）元素化學位相近，物質(zhì)親合力大，易發(fā)生潤濕，發(fā)生反應的可能性亦?。坏目赡苄砸嘈。?）體系的反應速度常數(shù)小，界面反應層薄，適）體系的反應速

11、度常數(shù)小，界面反應層薄，適量界面反應能促進潤濕，提高界面結(jié)合強度，對復合材料有利量界面反應能促進潤濕，提高界面結(jié)合強度，對復合材料有利1.2.4. PRMMC 1.2.4. PRMMC 的凝固過程的凝固過程 PRMMC PRMMC 的凝固過程由于增強體的存在其溫度場和濃度場、晶的凝固過程由于增強體的存在其溫度場和濃度場、晶體生長的熱力學和動力學過程都會發(fā)生變化。體生長的熱力學和動力學過程都會發(fā)生變化。 顆粒進入固相則能量升高，即熱力學上顆粒將被推移，但又受顆粒進入固相則能量升高，即熱力學上顆粒將被推移，但又受到液體的粘滯力作用而被到液體的粘滯力作用而被 阻礙推移，且流體對顆粒的阻力隨動阻礙推移

12、，且流體對顆粒的阻力隨動動速度的增加而增加。存在臨界推移速度動速度的增加而增加。存在臨界推移速度臨界推移速度臨界推移速度隨界面能差的增大而增大，隨液體粘度、顆粒隨界面能差的增大而增大，隨液體粘度、顆粒/基體的熱導率比及顆粒尺寸的增大而減小基體的熱導率比及顆粒尺寸的增大而減小 圖圖5-1 Duralcon5-1 Duralcon公司生產(chǎn)的各種鑄件公司生產(chǎn)的各種鑄件 圖圖5-2 5-2 真空鑄造法制造的連續(xù)真空鑄造法制造的連續(xù)纖維增強鎂基復合材料零件纖維增強鎂基復合材料零件 圖5-1是Duralcon公司生產(chǎn)的各種鑄件。對于連續(xù)纖維增強金屬基復合材料零件的制造也可采用真空吸鑄、真空壓力鑄造的方法。

13、如氧化鋁纖維增強鎂基復合材料，可選用真空鑄造的方法制造。圖5-2為真空鑄造法制造的連續(xù)纖維增強鎂基復合材料零件。2.MMC塑性成形塑性成形2.1 MMC塑性加工目的塑性加工目的及特點及特點塑性加工塑性加工目的目的 致密化，致密化，消除孔隙消除孔隙改變增強改變增強相的分布相的分布或排列或排列獲得指定獲得指定的形狀的形狀2.MMC塑性成形塑性成形2.1 MMC塑性加工目的及特點塑性加工目的及特點塑性加工塑性加工特點特點 高溫：高溫：無機無機纖維脆性大，纖維脆性大，常溫下易斷常溫下易斷裂，只有在裂，只有在高溫下不產(chǎn)高溫下不產(chǎn)生纖維的斷生纖維的斷裂情況下成裂情況下成型加工型加工低應變速率：低應變速率：

14、有有利于松弛，減少利于松弛，減少界面的應力集中界面的應力集中及纖維的斷裂及纖維的斷裂特種成型特種成型工藝工藝：滾：滾壓成型等壓成型等復合材料復合材料狀態(tài)狀態(tài)體積分數(shù)體積分數(shù)/%0.2MPabMPa伸長率伸長率%EGPa生產(chǎn)商生產(chǎn)商Al2O3p/6061AlT610%2963387.581Duralcan,AlcanT615%3193595.487Duralcan,AlcanT620%3593792.198Duralcan,AlcanSiCp/6061AlT6104054607.098DWAT6154204205.0105DWAT6204304304.0115DWAAl2O3p/2024AlT6

15、104835173.384Duralcan,AlcanT6154765032.392Duralcan,AlcanT6204835031.0101Duralcan,AlcanSiCp/2024AlT67.840061057100BritishPetroleumT62049063024116BritishPetroleumT6254055603105DWASiCp/7075AlT65115556601295Cospray，AlcanSiCp/7049AlT615598643290Cospray，AlcanSiCp/7090AlT620665735105DWA顆粒增強鋁基復合材料的力學性能顆粒增強鋁

16、基復合材料的力學性能復合材料與基體合金的高溫力學性能材料材料顆粒顆粒尺寸尺寸m體積體積分數(shù)分數(shù)%200400bMPa0.2MPa伸長率伸長率%bMPa0.2MPaAlNp/6061Al10.84404223725.075515.96061Al22618914.5292444.3Al2O3p/6061Al20.152032923524.9101437.6Al2O3p/6061Al20.153030021932.0176946.1Al2O3p/6061Al10.4203663122.889664.41 1 壓鑄態(tài)，壓鑄態(tài)，T6T6處理；處理；2 2擠壓態(tài)，擠壓態(tài)，T4T4處理。處理。 軋制是指軋件

17、由摩擦力拉進在旋轉(zhuǎn)的軋輥間，借助于軋輥軋制是指軋件由摩擦力拉進在旋轉(zhuǎn)的軋輥間，借助于軋輥施加的壓力，有時伴以熱作用，使材料發(fā)生塑性變形的過施加的壓力，有時伴以熱作用，使材料發(fā)生塑性變形的過程。通過軋制使材料具有一定的形狀、尺寸和性能。程。通過軋制使材料具有一定的形狀、尺寸和性能。按材料溫度分類：按材料溫度分類： 熱軋熱軋 冷軋冷軋按軋機排列方式分類按軋機排列方式分類 單機架軋制、單機架軋制、 半連續(xù)軋制半連續(xù)軋制 連續(xù)軋制連續(xù)軋制2.MMC塑性成形塑性成形2.2 MMC軋制軋制MMC軋制工藝參數(shù)軋制工藝參數(shù)u溫度溫度25%SiCp/Al25%SiCp/Al復合材料經(jīng)過復合材料經(jīng)過16:116:

18、1擠壓后，經(jīng)過三道軋制后的致密度擠壓后，經(jīng)過三道軋制后的致密度預熱溫預熱溫/350400450500550致密度致密度/98.899.099.299.499.3u變形量變形量2525 SiCpSiCp/Al/Al復合材料經(jīng)過復合材料經(jīng)過1616：1 1擠壓后，在預熱溫度分別為擠壓后，在預熱溫度分別為350350和和450450進行的不同軋下量軋制后的致密度。進行的不同軋下量軋制后的致密度。變形量變形量/ 5075 85致密（致密（350） 99.0 98.9 98.9致密（致密（450） 99.0 99.2 99.2軋制變形量軋制變形量/ 50 75 85拉伸強度拉伸強度/MPa 245 24

19、7 244u在諸多塑性成形手段（擠壓、軋制、鍛造、拉拔等）中擠壓在諸多塑性成形手段（擠壓、軋制、鍛造、拉拔等）中擠壓是是MMCMMC二次加工最為常用的手段之一。二次加工最為常用的手段之一。u由于金屬基體中含有一定體積分數(shù)的增強物由于金屬基體中含有一定體積分數(shù)的增強物( (晶須、顆粒晶須、顆粒) )，大大降低了金屬的塑性，變形阻力大，成形困難，堅硬的增大大降低了金屬的塑性，變形阻力大，成形困難，堅硬的增強顆粒將磨損模具，因此對常規(guī)的工藝需進行相應的改進，強顆粒將磨損模具，因此對常規(guī)的工藝需進行相應的改進，如擠壓、鍛造溫度、擠壓速度、擠壓力等。如擠壓、鍛造溫度、擠壓速度、擠壓力等。u擠壓后纖維平行

20、擠壓軸方向取向，提高軸向力學性能；而纖擠壓后纖維平行擠壓軸方向取向，提高軸向力學性能；而纖維長徑比因為斷裂而減小，致使軸向性能降低維長徑比因為斷裂而減小，致使軸向性能降低u影響擠壓成形性的主要因素有擠壓變形時模具及坯料的預熱影響擠壓成形性的主要因素有擠壓變形時模具及坯料的預熱溫度、擠壓比和擠壓變形速度，以及潤滑劑。溫度、擠壓比和擠壓變形速度，以及潤滑劑。 2.MMC塑性成形塑性成形2.3 MMC擠壓擠壓（1 1）潤滑劑）潤滑劑 潤滑劑的作用是改變擠壓坯料和模具之間的摩擦力。摩擦力越小潤滑劑的作用是改變擠壓坯料和模具之間的摩擦力。摩擦力越小則由于坯料內(nèi)外層材料流動不均勻所形成的附加拉應力就越小。

21、則由于坯料內(nèi)外層材料流動不均勻所形成的附加拉應力就越小。（2 2）擠壓溫度）擠壓溫度 最佳擠壓溫度的選擇應考慮以下因素：金屬的塑性較好；變形抗最佳擠壓溫度的選擇應考慮以下因素：金屬的塑性較好；變形抗力盡可能??；型材具有最高強度；較高勞動生產(chǎn)率和較低勞動成本。力盡可能??；型材具有最高強度；較高勞動生產(chǎn)率和較低勞動成本。為了保持擠壓制品的整體性，在擠壓過程中，塑性變形區(qū)的溫度必須為了保持擠壓制品的整體性，在擠壓過程中，塑性變形區(qū)的溫度必須與與SiCp/AlSiCp/Al復合材料塑性最好的溫度范圍相適應。隨著復合材料壞料復合材料塑性最好的溫度范圍相適應。隨著復合材料壞料及模具預熱溫度的升高，擠壓力顯

22、著降低，如表及模具預熱溫度的升高，擠壓力顯著降低，如表5-65-6所示。溫度每升所示。溫度每升高高5050，最大擠壓力降低，最大擠壓力降低101020MPa20MPa。溫度溫度/350350 400 400 450 450 500 500最大擠壓力最大擠壓力/ /MPaMPa 280 280 265 265 248 248 235 235（3 3）擠壓比）擠壓比 在熱擠壓中，不論是哪種擠壓方式，其最大單位擠壓力和變形在熱擠壓中，不論是哪種擠壓方式，其最大單位擠壓力和變形功都是隨變形程度的增加而增大。擠壓比須大于功都是隨變形程度的增加而增大。擠壓比須大于5 5，剪切變形才能深，剪切變形才能深入到

23、制品中心，過大時，則易出現(xiàn)表面裂紋入到制品中心，過大時，則易出現(xiàn)表面裂紋（4 4）擠壓速度）擠壓速度 SiCpSiCp/A1/A1復合材料由于復合材料由于SiCSiC顆粒的加入使基體的變形抗力增加，因此，顆粒的加入使基體的變形抗力增加，因此，SiCpSiCp/Al/Al復合材料的擠壓力比基體要高，容易產(chǎn)生第一類或第二類裂紋而復合材料的擠壓力比基體要高，容易產(chǎn)生第一類或第二類裂紋而使擠壓制品表面發(fā)生碎裂，但可以通過降低擠壓速度使過多的熱量從高使擠壓制品表面發(fā)生碎裂，但可以通過降低擠壓速度使過多的熱量從高溫加工的剪切變形區(qū)擴散出去，使該問題得以解決。但是，如果擠壓速溫加工的剪切變形區(qū)擴散出去，使該

24、問題得以解決。但是，如果擠壓速度過低，則又會出現(xiàn)第三類低速撕裂現(xiàn)象。度過低，則又會出現(xiàn)第三類低速撕裂現(xiàn)象。（5 5）SiCSiC顆粒體積分數(shù)顆粒體積分數(shù) 圖圖5-35-3是是SiCpSiCp/Al/Al復合材料經(jīng)過相同擠壓比復合材料經(jīng)過相同擠壓比25:125:1后后SiCSiC顆粒體積分數(shù)對最顆粒體積分數(shù)對最大擠壓力的影響曲線。從圖中可以看出，最大擠壓力隨著大擠壓力的影響曲線。從圖中可以看出，最大擠壓力隨著SiCSiC顆粒體積分數(shù)顆粒體積分數(shù)的增加而增加。的增加而增加。 (6)(6)熱擠壓對顆粒增強鋁基復合材料組織和性能的影響熱擠壓對顆粒增強鋁基復合材料組織和性能的影響 在擠壓過程，金屬基復合

25、材料的顯微組織除了會發(fā)生纖維斷裂外，在某在擠壓過程，金屬基復合材料的顯微組織除了會發(fā)生纖維斷裂外，在某些情況下還會形成平行于擠壓方向的些情況下還會形成平行于擠壓方向的“陶瓷富集帶陶瓷富集帶”(Ceramic Enriched (Ceramic Enriched Bands)Bands)，如圖，如圖5-45-4所示。所示。2.MMC塑性成形塑性成形2.4 非連續(xù)增強非連續(xù)增強MMC的超塑性成形的超塑性成形超塑性變形過程，應變速率通常表達為：超塑性變形過程，應變速率通常表達為： npEdbKTDEbA0式中，為柏氏矢量；D為相關(guān)的擴散系數(shù)； E為彈性模量；K為波爾茲曼常數(shù)；T為絕對測試溫度； d為

26、晶粒尺寸；p為晶粒尺寸指數(shù)；為流變應力； 0為門檻應力；n為應力指數(shù)；A為幾何常數(shù)。又稱為轉(zhuǎn)變超塑性或又稱為轉(zhuǎn)變超塑性或變態(tài)超塑性。是材料變態(tài)超塑性。是材料在變動頻繁的溫度環(huán)在變動頻繁的溫度環(huán)境下受應力作用時經(jīng)境下受應力作用時經(jīng)多次循環(huán)相變或同素多次循環(huán)相變或同素異形轉(zhuǎn)變而得到的很異形轉(zhuǎn)變而得到的很大的變形量大的變形量又稱細晶超塑性或恒溫又稱細晶超塑性或恒溫超塑性。指材料晶粒通超塑性。指材料晶粒通過細化、超細化和等軸過細化、超細化和等軸化，在變形期間保持穩(wěn)化，在變形期間保持穩(wěn)定，在一定變形溫度區(qū)定，在一定變形溫度區(qū)間（間（T0.5TmT0.5Tm）和一定）和一定變形速度條件下變形速度條件下(

27、(應變應變速率在速率在10-410-410-110-1之間之間) )所呈現(xiàn)出的超塑性。所呈現(xiàn)出的超塑性。其他超塑性主要包括其他超塑性主要包括短暫超塑性、相變誘短暫超塑性、相變誘發(fā)超塑性以及消除應發(fā)超塑性以及消除應力退火過程中，應力力退火過程中，應力作用下積蓄在材料內(nèi)作用下積蓄在材料內(nèi)能量釋放獲得的超塑能量釋放獲得的超塑性性u按實現(xiàn)超塑性的條件分類按實現(xiàn)超塑性的條件分類組織組織超塑性超塑性相變相變超塑性超塑性其他其他超塑性超塑性u超塑性變形過程中組織變化有以下特點超塑性變形過程中組織變化有以下特點: :1 12 23 34 4晶粒形晶粒形狀與尺狀與尺寸的變寸的變化化晶粒的晶粒的滑動、滑動、轉(zhuǎn)動和

28、轉(zhuǎn)動和換位換位晶粒晶粒折皺折皺帶帶位錯位錯5 5空洞空洞另一類為沿晶界，特別另一類為沿晶界，特別是相界產(chǎn)生的圓形空洞是相界產(chǎn)生的圓形空洞或或O O形空洞，它們的形形空洞，它們的形狀多半接近團或橢圓。狀多半接近團或橢圓。這類空洞可以看作是過這類空洞可以看作是過飽和的空位晶界（或相飽和的空位晶界（或相界）匯流、聚集（沉淀）界）匯流、聚集（沉淀）而形成的。而形成的。 一類為產(chǎn)生于三晶一類為產(chǎn)生于三晶粒交界處的楔形空洞粒交界處的楔形空洞或或V V形空洞，這類空洞形空洞，這類空洞是由于應力集中產(chǎn)生是由于應力集中產(chǎn)生的的按照空洞按照空洞形狀分類形狀分類 空洞形核兩種觀點空洞形核兩種觀點 1）復合材料變形前

29、就存在 2）超塑性變形的晶界滑移過程中，經(jīng)過一定的應變最后在界面上形成的。 Stroh運用Zener的假設(shè)（在剪切應力作用下發(fā)生晶界滑動時，在三叉晶界處產(chǎn)生裂紋）提出的空洞形核條件如下： LG122 式中，為剪切力；為空洞的表面能；L為滑動晶面長度（相當于晶界凸起之間距離或晶界粒子之間距離）；G為剪切模量。 在超塑性變形過程中，隨著晶界滑移的進行，由于顆粒與基體的彈性模量等物理性能不同，以及硬顆粒對滑移的阻礙作用必將產(chǎn)生界面應力集中，特別對尺寸較大的顆粒，這些界面應力難以釋放，因此，顆粒，基體的界面成為空洞優(yōu)先形核位置。極限顆粒尺寸可由下式表示： 3/1/KTDgb 式中，為原子體積；為流變應

30、力；為邊界擴散；K為波爾茲曼常數(shù)；T為熱力學溫度；為應變速率。當顆粒尺寸小于時空洞的生成是有限的，反之，將引起明顯的空洞生成擴散。 式中，為原子體積；gb為晶界寬度；gb晶界擴散系數(shù)；r為空洞半徑；為表面能; 為流動應力；為熱力學溫度；為應變速率；為玻爾茲曼常數(shù)；為考慮空洞尺寸與間距的系數(shù)，其值為：/23/21 2/ln4122rrr式中， 為空洞之間的距離。超塑性變形過程中空洞長大兩種機制：超塑性變形過程中空洞長大兩種機制： 1 1）反應力促進空洞沿晶界擴散的長大機制）反應力促進空洞沿晶界擴散的長大機制 2 2）空洞周圍材料的塑性變形引起空洞長大機制）空洞周圍材料的塑性變形引起空洞長大機制1

31、 12 23 34 4通過改變材料通過改變材料的成分、組成的成分、組成和組織等內(nèi)在和組織等內(nèi)在因素，抑制空因素，抑制空洞的形成與長洞的形成與長大大通過預先熱通過預先熱處理可獲得處理可獲得極細的晶粒極細的晶粒度并抑制空度并抑制空洞的形核和洞的形核和長大長大通過變形通過變形后的退火后的退火處理，減處理，減少空洞少空洞通過變形通過變形后的熱等后的熱等靜壓壓實靜壓壓實使空洞減使空洞減少或根除少或根除 抑制與減少空洞的措施抑制與減少空洞的措施表表5-85-8鋁基復合材料的超塑變形性能鋁基復合材料的超塑變形性能表表5-9 5-9 鎂鎂 、鋅、鋅、 鈦基復合材料的超塑變形性能鈦基復合材料的超塑變形性能復合材

32、料復合材料溫度溫度/K伸長率伸長率/m值值應變速率應變速率/s-120TiCp/Mg-5Zn7433400.336.7 71010-2-217%SiCp/Mg-5.5Zn-0.5Zr7233600.33119.7%SiCw/MB156132000.3512AlNp/Mg-5%Zn6731500.310-3(510)%SiCp/SiCp/AZ31AZ317731000.32 21010-3(510)%SiCp/Zn-4Al-3Cu5132600.42 21010-310TiCp/Ti-4Cr10132000.34.17 71010-310TiCp/Ti-6Fe9638200.34.17 7101

33、0-32.MMC塑性成形塑性成形2.5 MMC室溫錐形金屬包層法室溫錐形金屬包層法板狀復合材料彎曲時，在中性軸的外側(cè)受拉力，內(nèi)側(cè)受壓縮力，板狀復合材料彎曲時，在中性軸的外側(cè)受拉力，內(nèi)側(cè)受壓縮力，而復合材料受到拉力時，纖維易斷裂。采用附加金屬包層使彎曲而復合材料受到拉力時，纖維易斷裂。采用附加金屬包層使彎曲變形時中性軸（應力為零）偏移，使得復合材料大部分受壓應力，變形時中性軸（應力為零）偏移，使得復合材料大部分受壓應力，小部分受較小拉應力，從而解決纖維因拉應力斷裂的問題。小部分受較小拉應力，從而解決纖維因拉應力斷裂的問題。2.MMC塑性成形塑性成形2.5 MMC滾壓成型法滾壓成型法用二張與復合材

34、料相同厚度的鋁合金板，把復合材料夾于其中做用二張與復合材料相同厚度的鋁合金板，把復合材料夾于其中做成夾層結(jié)構(gòu)，合金板比復合材料略長，以防復合材料末端變平坦，成夾層結(jié)構(gòu)，合金板比復合材料略長，以防復合材料末端變平坦，然后用三個輥子滾壓成型然后用三個輥子滾壓成型3.MMC連接成形連接成形3.1 MMCs 的常規(guī)連接技術(shù)的常規(guī)連接技術(shù)3.1.1 3.1.1 熔融焊接熔融焊接各種熔融焊接方法可以用于各種熔融焊接方法可以用于MMCs , MMCs , 但是效果不夠理想但是效果不夠理想, , 特別特別是對于鋁基是對于鋁基MMCs , MMCs , 還存在著一系列的問題需要解決還存在著一系列的問題需要解決,

35、 , 主要有主要有: :(1)(1)常規(guī)的熔融焊接需要在高溫下進行常規(guī)的熔融焊接需要在高溫下進行, ,而高溫會引起復合材而高溫會引起復合材料基體與加強物界面上的化學反應料基體與加強物界面上的化學反應, ,；(2)(2)常規(guī)的熔融焊接加工常規(guī)的熔融焊接加工MMCsMMCs，當基體被加熱到熔點以上融化，當基體被加熱到熔點以上融化時，加強物仍然保持固態(tài)，因此熔池粘滯性很高，基體與增時，加強物仍然保持固態(tài)，因此熔池粘滯性很高，基體與增強物很難融合，在焊池的冷卻過程中會發(fā)生加強物的剝離；強物很難融合，在焊池的冷卻過程中會發(fā)生加強物的剝離；(3)(3)如果如果MMCsMMCs采用粉末冶金法制造，閉塞在材料

36、里的氣體會在采用粉末冶金法制造，閉塞在材料里的氣體會在焊池凝固時沖出，導致大量的氣孔在焊池和熱影響區(qū)焊池凝固時沖出，導致大量的氣孔在焊池和熱影響區(qū)(HAZ) (HAZ) 形成。形成。改進：熔池中添加合金化元素、提高焊接熱循環(huán)速度、減少焊改進：熔池中添加合金化元素、提高焊接熱循環(huán)速度、減少焊接時工件的熱輸入接時工件的熱輸入圖圖5-6 Duralcon5-6 Duralcon公司氬弧焊接的公司氬弧焊接的SiCp/AlSiCp/Al復合材料傳動軸（復合材料傳動軸（a a）以及自行車架）以及自行車架(b)(b)u電子束焊接電子束焊接(EBW)(EBW)EBW EBW 是在真空條件下是在真空條件下, ,

37、 將陰極發(fā)生的電子束通過正電壓加速然將陰極發(fā)生的電子束通過正電壓加速然后用磁透鏡聚焦在工件表面后用磁透鏡聚焦在工件表面, , 電子束撞擊焊接材料表面產(chǎn)生熱電子束撞擊焊接材料表面產(chǎn)生熱量使工件熔融焊接在一起。量使工件熔融焊接在一起。u金屬極惰氣保護焊接金屬極惰氣保護焊接(MIG)(MIG)MIGMIG法是把小直徑電極絲放在焊接工件處法是把小直徑電極絲放在焊接工件處, ,電極絲與工件之間電極絲與工件之間產(chǎn)生電弧使工件熔化產(chǎn)生電弧使工件熔化, , 為了保護熔融的高溫材料為了保護熔融的高溫材料, , 需在電極需在電極絲周圍通入惰性氣體。絲周圍通入惰性氣體。熔融焊接分類熔融焊接分類TIGTIG法是在惰性

38、氣體保護下，鎢電極和焊接工件間產(chǎn)生電弧法是在惰性氣體保護下，鎢電極和焊接工件間產(chǎn)生電弧使工件局部熔化連接在一起使工件局部熔化連接在一起, , 必要時可添加焊料。必要時可添加焊料。u鎢鎢極惰氣保護焊接極惰氣保護焊接(TIG(TIG）u等離子體焊接等離子體焊接等離子體焊接是把等離子氣體通在鎢電極周圍形成等離子電等離子體焊接是把等離子氣體通在鎢電極周圍形成等離子電弧熔化弧熔化MMCs MMCs 使其焊接在一起使其焊接在一起, , 焊接時也需通入保護氣體。焊接時也需通入保護氣體。u電容放電焊接電容放電焊接電容放電焊接是把存在大量電容中的電能快速釋放出來熔電容放電焊接是把存在大量電容中的電能快速釋放出來

39、熔融工件使其焊接。融工件使其焊接。u接觸電阻焊接接觸電阻焊接接觸電阻法是利用焊接材料之間的電阻接觸電阻法是利用焊接材料之間的電阻, , 通入外接電流通入外接電流產(chǎn)生熱量完成產(chǎn)生熱量完成MMCs MMCs 的焊接。的焊接。u激光束焊接激光束焊接(LBW)(LBW)采用光學透鏡聚焦采用光學透鏡聚焦, , 高能量密度的激光束與工件表面相互作高能量密度的激光束與工件表面相互作用產(chǎn)生耦合效應使用產(chǎn)生耦合效應使MMCs MMCs 熔融焊接在一起。熔融焊接在一起。擴散連接擴散連接 擴散粘結(jié)主要指固相擴散連接擴散粘結(jié)主要指固相擴散連接(SSDB) (SSDB) 和過渡液相連接和過渡液相連接( TL PDB)

40、( TL PDB) 兩種方法。兩種方法。SSDB SSDB 方法是在連接工件上加一個小方法是在連接工件上加一個小載荷載荷, , 然后在保護氣氛下或真空中升溫使工件發(fā)生微變形并然后在保護氣氛下或真空中升溫使工件發(fā)生微變形并連接在一起。連接在一起。 TL PDB TL PDB 是將一個金屬薄片置于連接工件間，對于鋁基是將一個金屬薄片置于連接工件間，對于鋁基MMCsMMCs一般用銅、鋅和銀箔一般用銅、鋅和銀箔, , 加熱工件至銅加熱工件至銅( (鋅、銀鋅、銀) )、鋁的共、鋁的共晶溫度形成共晶晶溫度形成共晶, , 使使MMCs MMCs 粘結(jié)在一起。粘結(jié)在一起。3.1.2 3.1.2 固相連接固相連

41、接 摩擦焊接摩擦焊接 摩擦焊接是通過兩個工件相對摩擦產(chǎn)生熱量使工件結(jié)合摩擦焊接是通過兩個工件相對摩擦產(chǎn)生熱量使工件結(jié)合。一般是一個工件固定在軸上。一般是一個工件固定在軸上, , 另一個繞其旋轉(zhuǎn)另一個繞其旋轉(zhuǎn), , 經(jīng)過一段經(jīng)過一段時間后時間后, , 停止旋轉(zhuǎn)并加載使工件接合在一起。停止旋轉(zhuǎn)并加載使工件接合在一起。 磁勵電弧對焊磁勵電弧對焊(MIAB) (MIAB) MIAB MIAB 焊接是電弧在放射性磁場作用下繞管形工件的端部快焊接是電弧在放射性磁場作用下繞管形工件的端部快速轉(zhuǎn)動速轉(zhuǎn)動, , 產(chǎn)生熱量使工件連接產(chǎn)生熱量使工件連接, , 接頭再經(jīng)過鍛造完成焊接。接頭再經(jīng)過鍛造完成焊接。焊接時需

42、在管形工件內(nèi)通入氬或焊接時需在管形工件內(nèi)通入氬或Ar-5H2 Ar-5H2 保護氣體。保護氣體。MIAB MIAB 法法用于加工直徑用于加工直徑25mm25mm、壁厚、壁厚2 mm 2 mm 的的2124-T4/25SiCp 2124-T4/25SiCp 復合材料復合材料管材時管材時, , 效果較為理想效果較為理想, , 但沒有機械性能方面的測試數(shù)據(jù)。但沒有機械性能方面的測試數(shù)據(jù)。3.1.3 3.1.3 釬焊釬焊 釬焊與熔融焊接不同釬焊與熔融焊接不同, , 它不必熔化它不必熔化MMCs MMCs 的基體材料的基體材料, , 因此因此不存在基體與加強物的反應不存在基體與加強物的反應, , 加強物

43、的壞大大減少。用釬焊方法加強物的壞大大減少。用釬焊方法焊接焊接MMCs MMCs 時焊料的選擇和溫度的控制很重要時焊料的選擇和溫度的控制很重要, , 如釬焊如釬焊6061/ 50B 6061/ 50B 時采用時采用AlAl2 2Si Si 焊料焊料, , 會有會有Si Si 析出在晶界上析出在晶界上, , 導致工作切向強度導致工作切向強度降低降低, , 而采用而采用AlAl2 2CuZn CuZn 焊料焊料( (熔點熔點380) 380) 不會發(fā)生這個問題。不會發(fā)生這個問題。3.1.4 3.1.4 膠粘膠粘 膠粘是目前人們較為關(guān)注的膠粘是目前人們較為關(guān)注的MMCs MMCs 連接方法連接方法,

44、 , 連接過程中連接過程中MMCs MMCs 不承受外加熱循環(huán)不承受外加熱循環(huán), , 但連接前需進行表面預處理。膠粘的但連接前需進行表面預處理。膠粘的效果與粘結(jié)劑、表面預處理方法密切相關(guān)效果與粘結(jié)劑、表面預處理方法密切相關(guān), , 粘結(jié)劑主要有環(huán)氧樹粘結(jié)劑主要有環(huán)氧樹脂脂(epoxy) (epoxy) 和聚丙烯和聚丙烯(acrylic) , (acrylic) , 表面熱處理方法包括表面刻劃表面熱處理方法包括表面刻劃、陽極氧化、表面磷酸處理等、陽極氧化、表面磷酸處理等。3.2 各種常規(guī)各種常規(guī)MMCs連接技術(shù)的特點與比較連接技術(shù)的特點與比較 熔融焊接的缺點是加強物與基體間發(fā)生化學反應熔融焊接的缺

45、點是加強物與基體間發(fā)生化學反應, , 焊池粘焊池粘滯性高滯性高, , 在凝固過程中發(fā)生加強物顆粒剝離在凝固過程中發(fā)生加強物顆粒剝離, , 這些問題可以通過這些問題可以通過控制熱循環(huán)速度和熱量輸入來解決控制熱循環(huán)速度和熱量輸入來解決, ,。另一方面。另一方面, , 也可以通過添也可以通過添加焊料把合金化元素加入到焊池中來解決加焊料把合金化元素加入到焊池中來解決, , 。 固相連接尤其是摩擦焊接在固相連接尤其是摩擦焊接在MMCsMMCs的焊接方面具有很大潛力的焊接方面具有很大潛力, , 由于是低溫操作由于是低溫操作, , 界面反應被抑制界面反應被抑制, , 熔融焊池的粘滯性降低熔融焊池的粘滯性降低

46、, , 但但在產(chǎn)生摩擦過程中需要移動工件在產(chǎn)生摩擦過程中需要移動工件, , 摩擦產(chǎn)生的熱量會引起表面加摩擦產(chǎn)生的熱量會引起表面加強顆?；蚣訌娎w維的破碎。擴散連接法用于強顆?；蚣訌娎w維的破碎。擴散連接法用于MMCs MMCs 效果也較好效果也較好, , 但在兩連接工件間需添加中間層。與熔融焊接方法相比但在兩連接工件間需添加中間層。與熔融焊接方法相比, , 固相連固相連接更適合于接更適合于MMCsMMCs。 釬焊法的優(yōu)點是不破壞釬焊法的優(yōu)點是不破壞MMCs MMCs 材料材料, , 接頭強度可達到焊接基接頭強度可達到焊接基底材料的底材料的80 %80 %90 % , 90 % , 應該再度得到人們

47、的注意。應該再度得到人們的注意。 膠粘法的特點是不需要在膠粘法的特點是不需要在MMCs MMCs 上外加熱循環(huán)上外加熱循環(huán), , 可在室溫條可在室溫條件下操作件下操作, , 但關(guān)于該方法的研究十分有限但關(guān)于該方法的研究十分有限, , 尚需進一步的工作尚需進一步的工作, , 重點在優(yōu)化表面處理方法以延長接頭的壽命。重點在優(yōu)化表面處理方法以延長接頭的壽命。表表5-11 常規(guī)常規(guī)MMCs連接技術(shù)及其優(yōu)點和缺點連接技術(shù)及其優(yōu)點和缺點工藝方法優(yōu)點缺點熔融焊接鎢極惰氣保護焊接在焊接時可使用金屬焊料以減少Al/SiC 復合材料中Al3C4的產(chǎn)生, 增加Al/SiC 復合材料中加強粒子的濕潤性在Al/SiC

48、復合材料中會產(chǎn)生Al3C4 ,當使用金屬焊料時焊接強度降低金屬惰氣保護焊接在焊接時可使用金屬焊料以減少Al/SiC 復合材料中Al3C4的產(chǎn)生, 增加Al/SiC 復合材料中加強粒子的濕潤性在Al/SiC 復合材料中會產(chǎn)生Al3C4 ,當使用金屬焊料時焊接強度降低電子束焊接在真空環(huán)境中可高速焊接在Al/SiC 復合材料中會產(chǎn)生Al3C4 ,焊接需要在真空環(huán)境下進行激光束焊接不需要真空環(huán)境即可高速焊接在Al/SiC 復合材料中會產(chǎn)生Al3C4 ,焊接需要有保護氣體接觸電阻焊接可高速焊接有可能產(chǎn)生加強顆粒偏析,對焊接工件的幾何形狀有限制固相連接擴散連接為了提高連接性能可使用中間層不發(fā)生顆粒2基體間

49、反應過量擴散會導致連接性能下降過渡液相擴散連接為了提高連接性能可使用中間層,不發(fā)生顆粒-基體間反應有可能形成有害的金屬間化合物;工作效率低; 價格昂貴摩擦焊接不發(fā)生顆粒-基體間反應; 在熱處理后可達到很高的連接強度; 適于連接兩種不同的材料需去除毛刺磁勵電弧對頭焊接適于連接管形工件只能焊接限定形狀的工件; 焊接后需對焊接部位進行處理(內(nèi)部和外部)釬焊可用于連接兩種不同的材料焊接需要惰性氣體或真空環(huán)境膠粘連接加工時所需溫度相對較低為獲得較高強度需表面預處理3.MMC連接成形連接成形3.3 MMCs 的新型連接技術(shù)的新型連接技術(shù)3.3.13.3.1等離子噴涂法等離子噴涂法等離子噴涂技術(shù)是一種非常適

50、于等離子噴涂技術(shù)是一種非常適于MMCsMMCs連接的新技術(shù)，噴涂過程連接的新技術(shù)，噴涂過程熱輸入非常小，焊接基底材料不發(fā)生熔化熱輸入非常小，焊接基底材料不發(fā)生熔化, ,因此因此, , 接縫處幾乎接縫處幾乎沒有脆性沒有脆性AlAl3 3C C4 4 相、孔洞以及相、孔洞以及HAZ HAZ 區(qū)的形成區(qū)的形成, , 如果選擇合適的如果選擇合適的噴涂粉末、在適當?shù)墓に嚄l件下噴涂粉末、在適當?shù)墓に嚄l件下, , 接縫處的機械性能可達到與接縫處的機械性能可達到與焊接的基底復合材料接近的水平。焊接的基底復合材料接近的水平。MMCs 的等離子噴涂連接工藝示意圖的等離子噴涂連接工藝示意圖 1）噴涂前的預熱處理和噴

51、涂后的加強處理噴涂前的預熱處理和噴涂后的加強處理 焊接基底材料的預熱處理十分必要焊接基底材料的預熱處理十分必要, , 它可以防止熱噴涂后材料迅速冷卻它可以防止熱噴涂后材料迅速冷卻, , 降低基底與熱噴涂材料之間熱脹冷縮的差別降低基底與熱噴涂材料之間熱脹冷縮的差別, , 降低焊接基底材料的濕度降低焊接基底材料的濕度, , 防止熔融的噴涂金屬顆粒與基底材料牢固粘結(jié)。防止熔融的噴涂金屬顆粒與基底材料牢固粘結(jié)。 2 2）噴涂參數(shù)與噴涂粉末的選擇）噴涂參數(shù)與噴涂粉末的選擇 噴涂參數(shù)主要包括噴涂距離、噴涂坡口角度、噴涂槍的移動速度等噴涂參數(shù)主要包括噴涂距離、噴涂坡口角度、噴涂槍的移動速度等, , 坡坡口角

52、度越大口角度越大, , 接頭的粘結(jié)強度越大接頭的粘結(jié)強度越大, , 原因在于隨坡口角度增大原因在于隨坡口角度增大, , 顆粒撞顆粒撞擊力增大擊力增大, , 從而沉積涂層的孔洞數(shù)量減少；噴涂距離有一最佳值，一般坡從而沉積涂層的孔洞數(shù)量減少；噴涂距離有一最佳值，一般坡口角度選擇口角度選擇130130, , 噴涂距離選擇噴涂距離選擇95 mm95 mm。 粉末成份會顯著影響連接效果。如粉末成份會顯著影響連接效果。如SiCpSiCp增強鋁合金中，要求鋁合金粉末中增強鋁合金中，要求鋁合金粉末中要含一定量的硅。作用：降低鋁合金熔點，噴涂中易于熔化；減小焊接基要含一定量的硅。作用：降低鋁合金熔點，噴涂中易于

53、熔化；減小焊接基底中鋁與碳化硅的反應程度；防止液體合金顆粒氧化底中鋁與碳化硅的反應程度；防止液體合金顆粒氧化 3.3.2 3.3.2 快速紅外連接法快速紅外連接法(RIJ )(RIJ ) 快速紅外連接法可用于鈦基復合材料快速紅外連接法可用于鈦基復合材料SCS-6121S , SCS-6121S , 21S21S是是Ti-15Mo-2. 7Nb-3Al-0. 25Si %, Ti-15Mo-2. 7Nb-3Al-0. 25Si %, 加強纖維為加強纖維為147m147m的的SiCf , SiCf , 表面有厚度為表面有厚度為3m 3m 的富碳涂層。焊料是的富碳涂層。焊料是厚度為厚度為17m 17

54、m 的的METGLAS METGLAS 釬焊箔釬焊箔5005003 3 , , 成分為成分為Ti-15Cu-Ti-15Cu-15Ni %15Ni %。首先將放置好焊料的鈦基。首先將放置好焊料的鈦基MMCsMMCs樣品置入紅外爐中樣品置入紅外爐中, , 通過碳螺絲固定。連接過程不需要附加壓力通過碳螺絲固定。連接過程不需要附加壓力, , 加工溫度通加工溫度通過接頭處的鎳鉻過接頭處的鎳鉻2 2鎳鋁合金熱電偶控制鎳鋁合金熱電偶控制, , 在熱循環(huán)之前以及在熱循環(huán)之前以及整個加工過程中均需通入氬氣至加熱室防止氧化整個加工過程中均需通入氬氣至加熱室防止氧化, , 達到預達到預定加熱溫度需要定加熱溫度需要2

55、02030 s , 30 s , 加熱溫度在加熱溫度在1100 , 1100 , 加熱時加熱時間為間為5 530 s , 30 s , 連接后樣品快速冷卻至室溫。連接后樣品快速冷卻至室溫。4.MMC機械加工技術(shù)機械加工技術(shù)4.1 MMCs 機械加工技術(shù)簡介機械加工技術(shù)簡介機械加工的目的：機械加工的目的：是將復合材料的構(gòu)件按照設(shè)計要求加工成一是將復合材料的構(gòu)件按照設(shè)計要求加工成一定尺寸、形狀和精度的零部件。定尺寸、形狀和精度的零部件。機械加工方法分類：機械加工方法分類：u傳統(tǒng)機加工方法傳統(tǒng)機加工方法-車、銑、鉆、鋸、磨車、銑、鉆、鋸、磨 加工中易于導致界面分層脫粘，破壞材料的連續(xù)性；需要用超硬的

56、聚晶加工中易于導致界面分層脫粘，破壞材料的連續(xù)性；需要用超硬的聚晶金剛石作刀具材料或銷嵌有金剛石的刀具。金剛石作刀具材料或銷嵌有金剛石的刀具。u電切割電切割 利用刀具與工件間電場的一些切割方法。電化學機加工是根據(jù)有形狀的利用刀具與工件間電場的一些切割方法。電化學機加工是根據(jù)有形狀的負極決定切削的幾何形狀，通過正極溶解來切割材料，在負極與工件的間負極決定切削的幾何形狀，通過正極溶解來切割材料，在負極與工件的間隙之間，用某種離子電解質(zhì)溶液沖洗殘屑、未溶解的纖維。隙之間，用某種離子電解質(zhì)溶液沖洗殘屑、未溶解的纖維。u高能光束（激光刀）及液體噴流切割（噴水刀）高能光束（激光刀）及液體噴流切割（噴水刀）

57、各種高能光束都可用來切割各種高能光束都可用來切割MMCMMC。4.2 SiCw/Al復合材料的切削加工復合材料的切削加工 4.2.1 SiCw/Al 4.2.1 SiCw/Al復合材料的切削機理復合材料的切削機理p SiCw/AlSiCw/Al復合材料的塑性變形特點復合材料的塑性變形特點 SiCw/AlSiCw/Al復合材料是由塑性很高的鋁合金基體和強度很高并且很脆的復合材料是由塑性很高的鋁合金基體和強度很高并且很脆的SicSic晶晶須增強體所組成，界面結(jié)合強度很高，在復合材料的變形和斷裂過程中不須增強體所組成，界面結(jié)合強度很高，在復合材料的變形和斷裂過程中不發(fā)生界面開裂現(xiàn)象，因此發(fā)生界面開裂

58、現(xiàn)象，因此SiCw/AlSiCw/Al復合材料的塑性變形是由基體鋁合金的復合材料的塑性變形是由基體鋁合金的塑性變形和晶須的轉(zhuǎn)動或折斷共同協(xié)調(diào)完成的。塑性變形和晶須的轉(zhuǎn)動或折斷共同協(xié)調(diào)完成的。 塑性變形有以下三個特點塑性變形有以下三個特點: : SiCw/AlSiCw/Al復合材料的屈服強度較低，但變形強化能力較大。復合材料的屈服強度較低，但變形強化能力較大。由于晶須由于晶須的存在，當復合材料受外加應力時，晶須周圍的基體合金將產(chǎn)生應力集中的存在，當復合材料受外加應力時，晶須周圍的基體合金將產(chǎn)生應力集中，導致局部過早出現(xiàn)屈服，因此從宏觀上表現(xiàn)為屈服強度較低。隨外加應，導致局部過早出現(xiàn)屈服，因此從宏

59、觀上表現(xiàn)為屈服強度較低。隨外加應力的增大，這種局部屈服現(xiàn)象增多，同時這些局部塑性變形又受到其他晶力的增大，這種局部屈服現(xiàn)象增多，同時這些局部塑性變形又受到其他晶須的阻礙，使塑性變形抗力提高，因此從宏觀上表現(xiàn)為復合材料的變形強須的阻礙，使塑性變形抗力提高，因此從宏觀上表現(xiàn)為復合材料的變形強化能力較大?；芰^大。 4.MMC機械加工技術(shù)機械加工技術(shù) SiCw/Al SiCw/Al復合材料受拉伸應力時，從宏觀上表現(xiàn)為脆性斷裂（拉伸斷復合材料受拉伸應力時，從宏觀上表現(xiàn)為脆性斷裂（拉伸斷裂伸長率僅為裂伸長率僅為2%2%左右），但在微觀上卻發(fā)生了大量的塑性變形左右），但在微觀上卻發(fā)生了大量的塑性變形?；?/p>

60、體鋁?；w鋁合金的塑性很好，在復合材料拉伸過程中，鋁合金很容易發(fā)生塑性變形，合金的塑性很好，在復合材料拉伸過程中，鋁合金很容易發(fā)生塑性變形，但由于受到晶須的制約，這些塑性變形只能發(fā)生在局部的微觀區(qū)域但由于受到晶須的制約，這些塑性變形只能發(fā)生在局部的微觀區(qū)域. .并且并且各個區(qū)域的變形方向不一致，所以雖然在一些微觀區(qū)域內(nèi)基體鋁合金發(fā)各個區(qū)域的變形方向不一致，所以雖然在一些微觀區(qū)域內(nèi)基體鋁合金發(fā)生了大量的塑性變形，但從宏觀上復合材料在拉伸方向上的伸長變形卻生了大量的塑性變形，但從宏觀上復合材料在拉伸方向上的伸長變形卻很小。很小。SiCw/AlSiCw/Al復合材料的拉伸斷口復合材料的拉伸斷口雖然拉