复合材料第五章(1)金属基复合材料-金属基复合材料的分类

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1、1.1金属基复合材料的分类1.2金属基体材料1.3金属基复合材料的性能特点§1金属基复合材料概论（2学时）11.1金属基复合材料的分类金属基复合材料：金属或者合金基体高性能增强体分类：种类繁多，主要有三种分类方式。2（1）按增强体类型分类颗粒、纤维、片层等增强的金属基复合材料（2）按基体类型分类铝基复合材料：铝及其合金为基体，应用最广钛基复合材料：钛及其合金为基体，高温强度保持好镁基复合材料：镁及其合金为基体，比性能好镍基复合材料：镍及其合金为基体，优良高温性能（3）按用途分类结构复合材料：用作承力构件，强调材料

2、力学性能功能复合材料：强调物理性能（电、磁、声、热、光）31.2金属基体材料1.2.1铝及铝合金纯铝：银白色，2.72g/cm3，熔点、强度低导电导热性能优异，制造电线、电缆铝合金：密度2.5–2.88g/cm3，较好机械性能常用作工程结构材料合金元素Si、Cu、Mg、Zn、Mn4图5.1铝合金相图根据相图铝合金可分为：铸造铝合金：共晶组织液态流动性好适于铸造形变铝合金：单相固溶体组织塑性高适于压力加工5表5.1形变铝合金的分类及性能特点671.2.2钛及钛合金纯钛：银白色，熔点1668℃，相对密度为4.5g/c

3、m3，比强度高，热膨胀系数较小，弹性模量较低882.5℃以下为α-Ti，以上β-Ti耐硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠溶液、湿气、海水α钛合金：强度、韧性及塑性好，高温抗氧化较强，热强性好室温强度较低，不能进行热处理强化β钛合金：良好的塑性但很少应用（比重较大，耐热性差及抗氧化性能低）a+β钛合金：兼有两者优点，耐热性和塑性都比较好可进行热处理强化（Ti-6Al-4V）8100091.2.3镁及镁合金纯镁：工业用金属中最轻（1.74g/cm3）合金比强度很高塑性变形能力差（六方晶系，滑移系统少）弹性模量小（有较大变形，

4、可制造冲击零件）力学性能较差（不易用作结构材料）耐化学腐蚀能力差（表面氧化膜脆而不够致密）101.2.4性能比较表5.3常用金属基体材料的性能比较性能金属TiAlMgNiFe密度，g/cm34.52.71.748.97.86熔点，C166866065114451535线膨胀系数，10-6/C923.12613.511.5导热系数，W/m/K172181596184弹性模量，GPa112.572.443.6199214111.3金属基复合材料的性能特点1.3.1一般性能特点（1）高的比强度、比刚度纤维增强：比强度、

5、比模量明显高于金属基体颗粒增强：比强度无明显增加，但比模量明显提高12表5.4金属基复合材料的力学性能一览表复合材料增强相含量,vol%抗拉强度，MPa拉伸模量，GPa密度，g/cm3BF/AlCVDSiCF/AlNicalonSiCF/AlCF/AlFPAl2O3F/AlSumicaAl2O3F/AlSiCW/AlSiCP/AlCVDSiCF/TiBF/Ti505035~4035505018~202035451200~15001300~1500700~900500~800650900500~620400~510

6、1500~17501300~1500200~220210~23095~110100~15022013096~138~100210~2302202.62.85~3.02.62.43.32.92.82.83.93.713（2）高的韧性和冲击性能相对聚合物、陶瓷基复合材料而言，金属基复合材料具有较高的韧性和耐冲击性能！原因：金属基体属于典型韧性材料，受到冲击时能通过塑性变形吸收能量，或使裂纹钝化、减小应力集中而改善韧性14硼/铝裂纹扩展1）裂纹尖端最大应力可达350MPa，接近基体拉伸强度2）纤维局部强度接近4.2GP

7、a3）裂纹垂直于外载荷方向扩展时，受到纤维/基体界面阻滞4）裂纹在界面扩展钝化（吸收能量）5）裂纹因基体塑性剪切变形而钝化（吸收能量）15图5.2金属基复合材料中裂纹的钝化16（3）良好的高温性能金属基体高温性能较之聚合物高很多；增强体多为高温性能良好的无机材料。（4）导热、导电性能好金属基体具有良好导热、导电性能17（5）表面耐久性好，表面缺陷敏感性低金属基体能通过塑性变形来接受能量，或使裂纹钝化。（晶须、颗粒增强复合材料常用做工程中的耐磨部件使用）（6）热膨胀系数小、尺寸稳定性好硼/钛、石墨/镁、碳/铝等经设

8、计后热膨胀系数可非常小181.3.2纤维增强金属基复合材料的性能（1）强度和模量纵向性能主要取决于纤维性能和体积比；横向性能与基体性能关系很大；高温性能同时与材料界面结合和稳定性有密切关系。19（2）冲击性能室温冲击性能：大直径纤维有益（相同纤维体积分数）高温冲击性能：比室温有较大提高（高温时基体韧性好）热处理对冲击性能的影响：明显降低（界面变得不稳定）20（3）蠕变性能