微米级SiC颗粒对铝基复合材料拉伸性能与强化机制的影响_郝世明

第35卷第2期2014年

2月

材料热处理学报

TＲANSACTIONS OF MATEＲIALS AND HEAT TＲEATMENT

Vol ．35No ．2February

2014

微米级SiC 颗粒对铝基复合材料拉伸性能与强化机制的影响

郝世明1，3，谢敬佩2

，王

行2，王爱琴2，王文焱2，李继文

2（1．河南科技大学物理与工程学院，河南洛阳471023；2．河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳471023；3．郑州大学物理工程学院，郑州大学材料物理教育部重点实验室，河南郑州450001）

摘

要：为了研究微米级碳化硅颗粒（SiCp ）尺寸对中体积分数SiCp 增强铝基复合材料的拉伸性能与强化机制的影响，用粉末冶

金工艺制备体积分数为30%的SiCp /2024Al 复合材料，利用OM ，SEM ，万能材料试验机等对材料微观结构和拉伸性能进行了研究。结果表明，复合材料的拉伸强度随着SiCp 尺寸的减小而增大。当SiCp 尺寸为3μm 时，复合材料的断裂主要以界面处的基体合金撕裂为主；当SiCp 尺寸为25μm 和40μm 时，复合材料的断裂以SiCp 解理断裂为主；当SiCp 尺寸为8μm 和15μm 时，复合材料的断裂方式是以界面处的基体合金撕裂和SiCp 的断裂共同作用。3μm SiCp 增强复合材料相对密度不高、SiCp 分布不均匀但其拉伸强度最大，主要原因为受力时小SiCp 极少断裂和小颗粒效应导致基体的显微组织强化。关键词：金属基复合材料；颗粒尺寸；

拉伸性能；

强化机制；

粉末冶金

中图分类号：TB 331

文献标志码：A

文章编号：1009-

6264（2014）02-0013-06Effects of size of micrometer SiC particles on tensile properties and strengthening

mechanism of SiCp reinforced aluminum matrix composites

HAO Shi-ming 1，3

，XIE Jing-pei 2，WANG Hang 2，WANG Ai-qing 2，WANG Wen-yan 2，LI Ji-wen 2

（1．School of physics and engineering ，Henan University of Science and Technology ，Luoyang 471023，China ；

2．School of Materials Science and Engineering ，Henan University of Science and Technology ，Luoyang 471023，China ；3．Physical Engineering College ，Zhengzhou University ，Zhengzhou 450001，China ）

Abstract ：In order to study the effects of micrometer SiCp size on tensile properties and strengthening mechanism of SiCp reinforced aluminum matrix composites ，SiCp /2024Al composites was fabricated by powder metallurgy technique ，and microstructure of the composites was observed by OM ，SEM and its tensile properties were measured．The results show that strength of the composites increases with decreasing SiCp particle size．When the particle size is 3μm ，the fracture of the material is caused by tearing of matrix near interface．The failure of the composites with SiCp size of 25μm and 40μm results from cracking of the SiCp．When the particle size is 8μm and 15μm ，

the failure of the composite occurs by combination mechanism of tearing of matrix near interface and cracking of the SiCp．The SiCp of 3μm reinforced composites has maximum tensile strength despite its relative density is low and distribution is heterogeneous．The main reason is due to the rarely fracture of small SiCp and the higher strengthening effect of the small SiC particles on the matrix．Key words ：metal matrix composites ；particle size ；tensile property ；strengthening mechanism ；powder metallurgy

收稿日期：2012-12-30；修订日期：

2013-12-28

基金项目：国家自然科学基金项目（51371077）；河南省国际科技合作基金项目（084300510006）

作者简介：郝世明（1975—），

男，博士研究生，讲师，主要从事金属基复合材料研究，

E-mail ：s_m_hao@126．com 。通讯作者：谢敬佩（1957—），男，博士，教授，

E-mail ：xiejp @haust．edu．cn 。

先进航空航天飞行器不断追求轻量化，

高性能化，长寿命，高效能的发展目标带动牵引了轻质高强

多功能颗粒增强铝基复合材料的持续发展［1］

。SiCp /Al 复合材料具有低密度、高比刚度、低膨胀、高导热

等优异的综合性能，经过近30年的发展，在航空航天

领域逐渐得到了规模应用

［2-5］

，有望成为继铝合金和

钛合金后的新型结构材料。与低体分的结构级碳化

硅颗粒增强铝基复合材料相比，光学/仪表级的中等体分（30% 45%）碳化硅颗粒增强铝基复合材料的功能化特性比较突出，即不仅具有比铝合金和钛合金高出一倍的比刚度，还有着与铍材及钢材接近的低热胀系数和优于铍材的尺寸稳定性。因此，该种复合材料可替代铍材用作惯性器件，并被誉为继铝合金和铍

合金后

“第三代航空航天惯性器件材料”［6］

。近年来许多学者对增强体尺寸对铝基复合材料力学性能和强化机理进行研究。郦定强等［7］

研究了SiC 颗粒尺寸对用粉末冶金工艺制得的SiCp /2124Al

DOI:10.13289/j.issn.1009-6264.2014.02.003