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摘?要：实验将铝基复合材料经过600℃的淬火，然后在80℃等温停留一段时间，基体之中的位错发生了很大的变化，尤其是在基体与增强体的界面处变化较大，主要是由热残余应力蠕变所引起的。我们发现对材料进行热残余应力蠕变处理会有效地减少残余应力以及增大材料的屈服强度，增大弹性极限。以下我将热残余应力蠕变的机理做一个介绍。
关键词：热残余应力；屈服强度；塑性
大家都知道，热残余应力是由基体与增强体之间的热膨胀率不同所引起的，它对碳化硅铝基复合材料塑性产生了重大的影响。由于热残余应力的存在而降低了材料弹性屈服强度，从而大大地限制了复合材料在一些精细结构部件上的应用。研究表明，基体中的平均热残余应力与基体和增强体之间的膨胀率及温度成正比。
在目前的研究中，经过淬火之后的铝基复合材料在80℃等温处理表明，基体的蠕变发生在热残余应力变化的过程中。实验所用的材料是碳化硅晶和商业的纯铝，材料是用挤压铸造技术制备的，其中碳化硅的体积分数为20%。实验过程中为防止第二相的出现及TRS和位错对碳化硅铝基复合材料塑性的影响，一般选择纯铝作基体。为了在基体中获得高密度的位错，材料在600℃保温两小时，然后放到水中淬火到室温。经过淬火之后，试样在80℃下进行几次等温处理，再放到空气中冷却，最长的保温时间为500小时。TRSC的处理温度选在80℃主要是基于以下几个原因：复合材料在100℃以上处理一段时间，碳化硅铝基复合材料基体的回复程度比较高，而位错密度比较低。当TRSC处理的温度降低时，基体的蠕变过程很难发生。如果想延长复合材料基体强化的处理时间，TRSC处理温度应该远远低于复合材料的强化温度。这个方法用于检测复合材料基体热残余应力和位错密度。在Ref的实验中,所检测到精确的热残余应力为15Mpa，在未来的检测热残余应力趋势中将会有其一席之地。位错密度可以用Ref实验中所用的X射线方法检测出。进行X射线衍射实验时使用铜的特征谱线，实验时用40kV的电压和40mA的电流。基体当中的热残余应力和位错随着TRSC处理时间的变化，随着热残余应力蠕变处理的时间的增长，复合材料基体中热残余应力也在减少，表明热残余应力蠕变是减少复合材料中热残余应力的一种有效方法。TRSC处理前复合材料基体中位错存在的状态：高密度的、网状的、多角度的分布在基体之中，这一结果和先前所研究的情况相吻合。当然这种高密度的位错可以明显提高基体和复合材料的强度。实验表明：在80℃进行TRSC处理可以有效地减少热残余应力，同时在碳化硅铝基复合材料的基体当中也可以获得高密度的位错；脱臼密度依赖性SiCw/Al综合在保留时间。在80℃下对铝基复合材料进行TRSC处理后，对基体进行显微组织观察，发现基体的回复主要是在碳化硅铝基复合材料界面处。因为TRSC处理温度远远低于铝的回复温度，基体的回复是由高的残余应力蠕变引起的。由于基体中热残余应力分布较少，因而很容易理解回复和蠕变过程发生在界面处。
当复合材料从高温向低温降低时，位错会发生两个变化：一是由于热残余应力的释放，位错发生了遗传；二是回复和再结晶导致了位错的释放。因而最终的位错状态取决于以上两个过程的变化。淬火后的冷却速率过快，以至于基体的回复进行得不充分，从而导致热残余应力释放引起位错的遗传。由以上分析可知，淬火复合材料基体中可以产生高密度位错。经过TRSC处理后一段时间，复合材料基体中热残余应力减少很多，同时接近界面处基体中可以得到典型的回复显微组织，这一结果可能和蠕变中热残余应力的释放有关。尽管复合材料等温处理时没有外压，但是基体中高的残余应力起到了类似的作用，基于以上原因蠕变过程得以实现。尽管处理温度远远低于铝的回复温度，处理后的基体回复结构接近于两相界面。事实上基体接近界面处的残余应力很高，而且这一区域的弹性势能也非常高，所以当复合材料等温处理一段时间以后，基体中回复和热残余应力蠕变可能发生。因为纯铝的扩展位错能比较高，因而基体中的位错滑移很容易进行，这样基体接近界面处的晶粒很容易发生变形。
在塑性变形阶段，基体接近界面处和碳化硅晶须尖端存在较大的应力集中。TRSC处理前，基体界面处尤其是晶须的尖端存在高密度的位错，而且分布状态极其复杂。尽管高的热残余应力有利于弹性变形，但是界面处高密度的位错给位错连续运动带来了强大的阻力，因而在显微变形阶段会产生高的加工硬化指数。TRSC处理后的复合材料基体接近界面处位错密度降低，从而导致在显微变形阶段降低了加工硬化指数。在宏观变形阶段，加工硬化指数主要取决于基体中位错长程滑动的阻力。经过TRSC处理后的复合材料，热残余应力降低很多，而且基体当中位错密度和界面有明显的不同，会产生位错长程滑动的阻力，使得复合材料的加工硬化指数大大提高。碳化硅铝基复合材料晶须尖端聚集着显微裂纹，产生了小于屈服强度的应力。基体中低的热残余应力可能会诱发显微裂纹的聚集，可能会提高复合材料的弹性极限，因而处理后材料的弹性极限明显高于处理前的。
总结：①淬火处理后的复合材料基体中的位错密度增高了，热残余应力大大降低了；②经过TRSC处理后，淬火后的复合材料的显微屈服强度、弹性屈服强度明显优于处理前的性能。
参考文献：
[1]?王引真,曹文军,李小龙.镍、铁基喷焊层组织与性能研究
[J].材料保护，2004（10）.
[2]?刘振明,彭国军,魏文志.镍铝合金在喷涂领域的探讨[J].煤
矿机械，2000（07）.
[3]?M. V.斯温.陶瓷的结构与性能[M].北京：科学出版
社,1998.
关键词：热残余应力；屈服强度；塑性
大家都知道，热残余应力是由基体与增强体之间的热膨胀率不同所引起的，它对碳化硅铝基复合材料塑性产生了重大的影响。由于热残余应力的存在而降低了材料弹性屈服强度，从而大大地限制了复合材料在一些精细结构部件上的应用。研究表明，基体中的平均热残余应力与基体和增强体之间的膨胀率及温度成正比。
在目前的研究中，经过淬火之后的铝基复合材料在80℃等温处理表明，基体的蠕变发生在热残余应力变化的过程中。实验所用的材料是碳化硅晶和商业的纯铝，材料是用挤压铸造技术制备的，其中碳化硅的体积分数为20%。实验过程中为防止第二相的出现及TRS和位错对碳化硅铝基复合材料塑性的影响，一般选择纯铝作基体。为了在基体中获得高密度的位错，材料在600℃保温两小时，然后放到水中淬火到室温。经过淬火之后，试样在80℃下进行几次等温处理，再放到空气中冷却，最长的保温时间为500小时。TRSC的处理温度选在80℃主要是基于以下几个原因：复合材料在100℃以上处理一段时间，碳化硅铝基复合材料基体的回复程度比较高，而位错密度比较低。当TRSC处理的温度降低时，基体的蠕变过程很难发生。如果想延长复合材料基体强化的处理时间，TRSC处理温度应该远远低于复合材料的强化温度。这个方法用于检测复合材料基体热残余应力和位错密度。在Ref的实验中,所检测到精确的热残余应力为15Mpa，在未来的检测热残余应力趋势中将会有其一席之地。位错密度可以用Ref实验中所用的X射线方法检测出。进行X射线衍射实验时使用铜的特征谱线，实验时用40kV的电压和40mA的电流。基体当中的热残余应力和位错随着TRSC处理时间的变化，随着热残余应力蠕变处理的时间的增长，复合材料基体中热残余应力也在减少，表明热残余应力蠕变是减少复合材料中热残余应力的一种有效方法。TRSC处理前复合材料基体中位错存在的状态：高密度的、网状的、多角度的分布在基体之中，这一结果和先前所研究的情况相吻合。当然这种高密度的位错可以明显提高基体和复合材料的强度。实验表明：在80℃进行TRSC处理可以有效地减少热残余应力，同时在碳化硅铝基复合材料的基体当中也可以获得高密度的位错；脱臼密度依赖性SiCw/Al综合在保留时间。在80℃下对铝基复合材料进行TRSC处理后，对基体进行显微组织观察，发现基体的回复主要是在碳化硅铝基复合材料界面处。因为TRSC处理温度远远低于铝的回复温度，基体的回复是由高的残余应力蠕变引起的。由于基体中热残余应力分布较少，因而很容易理解回复和蠕变过程发生在界面处。
当复合材料从高温向低温降低时，位错会发生两个变化：一是由于热残余应力的释放，位错发生了遗传；二是回复和再结晶导致了位错的释放。因而最终的位错状态取决于以上两个过程的变化。淬火后的冷却速率过快，以至于基体的回复进行得不充分，从而导致热残余应力释放引起位错的遗传。由以上分析可知，淬火复合材料基体中可以产生高密度位错。经过TRSC处理后一段时间，复合材料基体中热残余应力减少很多，同时接近界面处基体中可以得到典型的回复显微组织，这一结果可能和蠕变中热残余应力的释放有关。尽管复合材料等温处理时没有外压，但是基体中高的残余应力起到了类似的作用，基于以上原因蠕变过程得以实现。尽管处理温度远远低于铝的回复温度，处理后的基体回复结构接近于两相界面。事实上基体接近界面处的残余应力很高，而且这一区域的弹性势能也非常高，所以当复合材料等温处理一段时间以后，基体中回复和热残余应力蠕变可能发生。因为纯铝的扩展位错能比较高，因而基体中的位错滑移很容易进行，这样基体接近界面处的晶粒很容易发生变形。
在塑性变形阶段，基体接近界面处和碳化硅晶须尖端存在较大的应力集中。TRSC处理前，基体界面处尤其是晶须的尖端存在高密度的位错，而且分布状态极其复杂。尽管高的热残余应力有利于弹性变形，但是界面处高密度的位错给位错连续运动带来了强大的阻力，因而在显微变形阶段会产生高的加工硬化指数。TRSC处理后的复合材料基体接近界面处位错密度降低，从而导致在显微变形阶段降低了加工硬化指数。在宏观变形阶段，加工硬化指数主要取决于基体中位错长程滑动的阻力。经过TRSC处理后的复合材料，热残余应力降低很多，而且基体当中位错密度和界面有明显的不同，会产生位错长程滑动的阻力，使得复合材料的加工硬化指数大大提高。碳化硅铝基复合材料晶须尖端聚集着显微裂纹，产生了小于屈服强度的应力。基体中低的热残余应力可能会诱发显微裂纹的聚集，可能会提高复合材料的弹性极限，因而处理后材料的弹性极限明显高于处理前的。
总结：①淬火处理后的复合材料基体中的位错密度增高了，热残余应力大大降低了；②经过TRSC处理后，淬火后的复合材料的显微屈服强度、弹性屈服强度明显优于处理前的性能。
参考文献：
[1]?王引真,曹文军,李小龙.镍、铁基喷焊层组织与性能研究
[J].材料保护，2004（10）.
[2]?刘振明,彭国军,魏文志.镍铝合金在喷涂领域的探讨[J].煤
矿机械，2000（07）.
[3]?M. V.斯温.陶瓷的结构与性能[M].北京：科学出版
社,1998.