低温冷却对金属复合材料拉伸性能的影响

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1、低温冷却对金属复合材料拉伸性能的影响JohnGaydaAndL.J.Ebert来自集体金属的机加工的拉伸试样，定向纤维复合材料（高强度不锈钢的铝合金）被加热到260°C然后冷却在空气中会产生一个拉伸参与应力状态在基体中。一些试件被冷却到沸腾的氮的温度，并保持15分钟，然后空气升温到室温。所有试件在拉伸状态下产生应变循环，应力应变行为的结果被记录。结果表明低温延长了这些金属第一阶段(完全弹性)的行为。结果表明，该冷处理的有益影响，导致一个残余应力状态的改变，这个改变是由塑料基体的流动引起的。它表明了这些影响能够被严密的分析方法所推测出。定

2、向纤维复合材料的高额成本，以及高性能的需求，这些需求它们的使用，强制这些材料来尽量接近发展中国家的机械充分发挥其潜力作为属性是可能的。对于设计者来说，弹性模量和弹性极限是重要的机械属性。因此，高价值的实现对于这些属性是十分重要的。复合材料的固有属性表明了这些材料的三个反应阶段，在机械载荷，与塑料基体完全弹性，弹性纤维，和完全塑料。弹性极限取决于在基体部分里塑性流动的发生，然而屈服强度承受于在基体中产生一些预定的最小值的塑性流动的压力。不幸的是，由于构造了的残存应力的存在达到由复合材料生成最大弹性反应几乎没有可能。这些应力可能太大而致使弹

3、性反应在一些复合材料中从未被看见。这种现象被在标准压力的缓解执行进一步复杂化，而这种应力的是发生对无效作用的复合材料却有效于同类材料。因此，这残余应力导致对材料使用的严重限制。尽管残余应力不能从复合材料中转移，它已充分显示出相对强度能被少量增加的与应变改变。事实证明，改变相关强度到残余应力状态的偏离部分变成使用中在遭受方向加压的程度。因此，残余应力被预应变改变，确实是有益的，而不是有害的。此外，它还表明了预应变的有益影响能够被严密的分析方法所预测。虽然机械预应变显示出在减少和转移残余应力的不利影响是十分有效的。它不总是可能的或实际去使复

4、合硬件产生预应变。因此，如果混合材料作为一个高性能材料获得他们的全部潜力，那么其他的方法就一定会被发现。为寻找其他的补救方法，凭借纤维与具体部件的热涨值的重大不同，通过控制温度的升高或降低，来找到将塑性应变引进到基体中的方法。通过控制温度的降低似乎更加有希望，因为拉伸残余应力是在从高温中突然冷却中形成的。研究结果这样被报告：通过低温冷却的方法，减少了定向纤维复合材料中的残余应力的不利影响。这个研究包含着试验和分析两种方法。模拟混合行为为了找到控制残余应力的补救方法，有必要在三个重要的方向上知道强度和残余应力的迹象。此外，有必要通过基体中

5、的纤维到纤维来知道残余应力的分配状态。因为残余应力测量的可行的试验方法被表面的方法所限制，或者已经完全破坏，测量方法决定了残余应力的资料必须被使用。为了这个目的，两种方法已经提前被发现。首先，基于有限元理论，它对于薄板更加有效。其次，作为同轴圆柱模型所知道的，它对于圆盘型及棒形材料更加有效。图1—密堆积（上）和松散包装（下）同轴圆柱模型的概念新阶段模型这些分析方法曾经由艾伯特和同事们在多种情况下成功的运用过。这一技术要求一系列应力应变曲线体积分数，热膨胀系数和以前的残余应力状态。由于有关这一研究的主要兴趣与金属板材有关联，采用的便是圆柱

6、体。这一模型是基于以下概念。复合材料的机械性能能机械通过使用实用机械的原则，如果复合材料构造模拟一件两片同心圆筒，其中一个模拟器是纤维而另是一个是矩阵模拟器。图1显示了复合材料怎样运用紧和松概念。模拟复合材料的机械性能，解决了描述简单圆柱筒的性能相关问题。一个更精确的关于圆柱模型的描述可参照艾伯特、汉米尔顿和汉克的一些论文。实验过程6061铝合金，不锈钢，单向复合板，厚大约1.27厘米60和34卷厘（纤维体积含量）的0.33毫米不锈钢丝是由妇女事务部制作公司研究。板块由交替缠绕重冷加工不锈钢钢丝制造，这一粗加工成品被切成合适型号的片，这

7、些被放置朝上给予所需的厚度。外包装随后在真空加热至520摄氏度长达30分钟并保持在28兆帕，按钮拉伸试样如图2所示，随后加工这些板块。为生产已知合理的残余应力状态，延伸标本需要加热到260摄氏度，保持这一温度30分钟等空气冷却。这种制作目的是双重的。首先，退火要在260摄氏度设计好为的是消除任何残余应力使之慢慢变形。时间和温度要保持在最小值以阻止母体基质可能削弱复合材料的反作用力。其次，空气冷却导致可拉伸残余应力在能被估算的最大值。退了火的样本紧接着要浸入液体中在196摄氏度冷却。15分钟以后，样本可移动和允许转入到暖空气中。冷却期待铸

8、造一个有压缩力的残余应力状况到最大值，因此增加复合材料最初的生产点。所有的样本在其后应变循环紧张状态。该测试是与英斯特朗拉力机（型号的TT-C）中的0.508十字头速度有关。轴向拉力测量结果由电阻力评算。复