论文部分内容阅读
本研究利用堆层粉末冶金技术制备了Al/Al-4%Cu梯度材料,为了进行对比,采用相同制备工艺制备了纯Al均匀材料、Al-4%Cu均匀材料。在该工艺下制备的Al/Al-4%Cu梯度热压毛坯件的密度为2.6806g/cm3,达到了较高的致密度。通过对Al/Al-4%Cu梯度材料进行恒载荷加载蠕变裂纹扩展实验,分析得到,蠕变裂纹扩展过程分为三个阶段：慢速裂纹扩展阶段、稳态裂纹扩展阶段和快速失稳裂纹扩展阶段；当蠕变裂纹扩展到梯度区时,Al/Al-4%Cu梯度材料的蠕变裂纹扩展速率有下降的趋势,断口和路径的SEM也很好地解释了梯度区对蠕变裂纹扩展的阻碍作用。热处理得到三种状态的试样：F态(热压烧结态),T4态(503℃固溶6h,淬火),T6态(T4+160℃时效12h)。研究热处理对Al/Al-4%Cu梯度材料的蠕变裂纹扩展行为的影响。结果表明,由于Cu元素在热处理过程中发生了扩散,梯度层厚度增加,Cu的成分分布更加连续；F态、T4态、T6态的蠕变裂纹增长到同一长度时的裂纹扩展速率依次降低,稳态扩展阶段持续时间依次延长；当F态、T4态和T6态的蠕变裂纹尖端到达梯度区时,都发生了蠕变裂纹扩展滞缓现象。通过对T6态试样进行不同载荷条件下的蠕变裂纹扩展实验,研究载荷的高低对T6态试样蠕变裂纹扩展行为的影响。研究表明,与承受高载荷相比,T6态试样在承受低载荷时,裂纹孕育期明显延长；试样在低载荷的作用下,裂纹以恒定速率扩展的持续时间延长,但是,负载的高低对快速扩展阶段影响不大；在整个裂纹扩展阶段,在低载荷的作用下,T6态试样一直以低于高载荷作用下的扩展速率发生扩展,当裂纹尖端到达梯度区时,裂纹扩展速率都有下降的趋势,且在承受低负载时,下降趋势更为明显,梯度区的抵抗蠕变裂纹扩展的性能得到了更好的体现。对蠕变断裂力学参数进行评价,寻找Al/Al-4%Cu梯度材料的蠕变裂纹扩展速率的描述方法。目前研究中所使用的包括应力场强度因子K,、净截面应力σnet、修正J积分C*在内的断裂力学参数,并不能有效关联Al/Al-4%Cu梯度材料的蠕变裂纹扩展速率。