铍铝合金的组织和性能研究及拉伸性能的有限元模拟

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本课题针对我国铍铝合金的发展现状,通过硬度测试、拉伸性能测试及扫描电镜的观察分析,研究了Ni元素、热等静压温度及铍铝成分配比对铍铝合金的显微组织及力学性能的影响,并借助有限元方法分析了铍铝合金的强度、内部应力场与颗粒形状、颗粒体积分数及基体属性的关系,主要结论如下: 1.铸造铍铝合金的显微组织是由相互分离的铍相和铝相混合构成。Ni元素可在铍相中产生显著的固溶强化作用,随着Ni元素含量增加,合金的抗拉强度、屈服强度、硬度均有所提高。Ni元素过量,对合金的强度和塑性无益。含4﹪Ni的铍铝合金的性能可达最佳值。铸态铍铝合金的组织粗大,主要由粒子约束基体变形达到增强的目的。 2.粉末冶金铍铝台金的显微组织由相互分离的铍相和铝相混合构成。随热等静压温度的升高,铍铝合金抗拉强度、屈服强度降低,延伸率增加。当热等静压温度参数为700℃时,可以得到较高的拉伸强度。其强化机理可由位错的微观机制引起的强化和基体向增强体发生有效的载荷传递加以解释。 3.铍含量的增加可使合金的弹性模量、抗拉强度、屈服强度显著升高,延伸率降低。铍铝合金实质上是由纯铍和纯铝构成的颗粒增强复合材料,可通过不连续颗粒增强复合材料的唯象模型对不同铍铝配比铍铝合金的杨氏模量以及应力—应变响应进行较为准确的预测。 4.铸造、粉末冶金铍铝合金的断裂均是铝相的韧窝断裂和铍相的解理断裂组成的混合型断裂。 5.有限元模拟分析中:在外载荷的作用下,铍铝合金中颗粒的尖角处出现最大的等效应力,这有可能致使低应力水平下材料在尖角处发生断裂。铍铝合金制备的过程中,应采用球形颗粒或对颗粒进行钝化处理,减小增强颗粒附近的应力集中。合金受载的情况下,应力主要集中在颗粒上,而应变主要分布在基体上。铍颗粒体积分数的增加,一方面可有效的使载荷分配到每一个颗粒上,另一方面可增大对基体形变的约束作用,从而提升铍铝合金的强度。选取强度较高的基体,或是通过添加合金元即可改变基体的强度,均可使合金的整体强度得到提高.
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