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金属基复合金材料的力学性能和物理性能

基体晶粒结构对铸态金属基复合金材料的力学性能和物理性能有很大影响。当晶粒内位错运动到晶界附近时,由于受到晶界阻碍,会塞积起来,若要继续变形,必须加大外力,而且晶粒越细,晶界占的比例也越大,位错运动的障碍也越多。

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此外,由于复合金材料相邻晶粒存在位相差,各晶粒的滑移倾向也不同,当某个晶粒发生塑性变形时,会受邻近晶粒的牵阻与阻碍,必须以弹性变形相互协调,这种弹性变形便成为继续塑性变形阻力,促使多晶体塑性变形抗力上升,此外,晶界杂质原子较多,也不利于塑性变形,加强了上述影晌。


复合金材料晶粒细化还能提高金属的塑性与韧性,因为晶粒越细,一定体积内就有更多的晶粒,同样的变形量承担的晶粒多,变形就更均匀,不会产生严重的应力集中,因而能产生更大的变形而不断裂,表现出良好的塑性。再者,细晶粒晶界曲曲弯弯,不利于裂纹传播与扩展,裂纹穿越晶界需要消耗更多的能量,故韧性提高。

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铝基复合材料基体晶粒细化机制有两种:增强体表面的非均质形核,增强体与基体合金之间的热交换。由于增强相是从熔体内部通过化学反应形成的,A13Zr和A12O3可分别作为а-Al相和Si相的非均质形核基底,从而产生细化作用。由于在脉冲磁场作用下内生A13Zr和A12O3颗粒的生成,使基体а树技状晶化为细小等轴晶,共晶体由长针状变成短棒状或颗粒状。因此,原位(A13Zr+A12O3)/A356复合材料的细晶强化机制为基体在增强体表面的非均质形核机制。


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