第6章 金属基复合材料ppt课件.ppt

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1、第六章金属基复合材料1第一节金属基复合材料的种类和基本性能在结构材料方面，不但要求强度高，还要求其重量要轻，尤其是在航空航天领域。金属基复合材料相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度；而与树脂基复合材料相比，它又具有优良的导电性与耐热性；与陶瓷基材料相比，它又具有高韧性和高冲击性能。2一、金属基复合材料的种类金属基复合材料是以金属为基体，以高强度的第二相为增强体而制得的复合材料。因此，对这种材料的分类既可按基体来进行、也可按增强体来进行。2.按增强体分类(1)颗粒增强复合材料(2)层状复合材料(3)纤维增强复合材料1．按基体分类(1

2、)铝基复合材料(2)镍基复合树树(3)钛基复合材料3(1)铝基复合材料金属基复合材料中应用得最广的一种。由于铝的基体为面心立方结构，因此具有良好的塑性和韧性，并具有易加工性、工程可靠性及价格低廉等优点通常并不是使用纯铝而是用各种铝合金。这主要是由于与纯铝相比，铝合金具有更好的综合性能(2)镍基复合材料以镍及镍合金为基体。由于镍的高温性能优良，因此这种复合材料主要是用于制造高温下工作的零部件。研制镍基复合材料的一个重要目的，即是希望用它来制造燃汽轮机的叶片，从而进一步提高燃汽轮机的工作温度。按基体分：4(3)钛基复合材料在结构材料中，钛具有最好的

3、比强度。钛在中温时比铝合金能更好地保持其强度。钛基复合材料中最常用的增强体是硼纤维，这是由于钛与硼的热膨胀系数比较接近，如下表所示。5(1)颗粒增强范畴：增强相的体积超过20％的复合材料，而不包括那种弥散质点体积比很低的弥散强化金属。性质：增强相是主要的承载相，而基体的作用则在于传递载荷和便于加工。决定因素：决定于基体性质和颗粒形状、直径、和体积比以及界面特性。按增强体分：6(2)纤维增强金属基复合材料中的纤维根据其长度的不同可分为长纤维、短纤维和晶须，它们均属于一维增强体。因此，呈各向异性特征。当韧性金属基体用高强度脆性纤维增强时，基体的屈服

4、和塑性流动是复合材料性能的主要特征，但纤维对复合材料弹性模量的增强具有相当大的作用。7(3)层状在韧性和成型性较好的金属基体材料中，含有重复排列的高强度、高模量片层状增强物的复合材料。增强薄片在二维方向上的尺寸相当于结构件的大小，因此增强物中的缺陷可以成为长度和构件相同的裂纹的核心。在增强平面的各个方向上，薄片增强物对强度和模量都有增强效果，这与纤维单向增强的复合材料相比具有明显的优越性。82、金属基复合材料中增强体的性质由于纤维状增强物能够最有效地增强金属基体，因此这里将对此进行重点讨论。对纤维状增强体性能的要求如下：(A)高强度。(B)高模

5、量。(C)容易制造和价格低廉。(D)化学稳定性好。(E)纤维的尺寸和形状。(F)性能的再现性与一致性。(G)抗损伤或抗磨损性能。9“火箭丝”(钢丝)和钨丝等高强度丝，就是由于具有高强度才成为特别有用的增强材料。玻璃纤维具有优良的比强度和低成本，是树脂基的最重要的增强纤维。但这些纤维模量低且化学性质活泼，所以很少用来增强金属。氧化铝纤维是用从熔体中提拉子晶的方法生产的，具有很高的强度。但对磨损很敏感，而且很贵。硼纤维比模量和比强度高，与固态铝和液态镁的化学相容性好，直径大，再现性好且价格适宜。……表6.210材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能

6、力称为强度。按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出。强度是指材料承受外力而不被破坏(不可恢复的变形也属被破坏)的能力.根据受力种类的不同分为以下几种:(1)抗压强度--材料承受压力的能力.(2)抗拉强度--材料承受拉力的能力.(3)抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力.(4)抗剪强度--材料承受剪切力的能力.3、金属基复合材料的强度11材料万能试验机12(1)纵向强度材料强度与弹性性能不同，不代表整个测试段上的平均性能，而主要代表局部区的性能。材料强

7、度可以定义为材料发生破坏的最弱横截面上的平均应力。在静态拉伸应力条件下，判别抗拉强度时，是按原始截面计算的材料试样能够承受的最大张应力或极限张应力。13复合材料强度同组分性能间的关系可用如下的公式表示：式中，C*表示复合材料的抗拉强度，即复合材料原始面积上的应力；F为所有纤维上的平均应力；M是基体在断裂时的平均应力；VF和VM是纤维和基体的体积分数。如果所有纤维的强度相近，剩下的基体在纤维断裂时又不能承受载荷，这时F就等于纤维的平均强度，而M可以认为是在基体应变等于纤维断裂应变时的基体应力。14McDaniels等人对此曾用钨丝铜基复

8、合系进行研究，将复合材料的强度绘成纤维体积比的函数，如图所示。高强度脆性纤维同韧性基体的强度混合定则纤维体积比VF应力15当弱纤维断裂时，引起三种重