碳/碳复合材料表面涂层后受热膨胀中热应力的近似计算

前言 C/C复合材料具有优异的高温性能,但C/C复合材料高温下的抗氧化性能差,作为高温结构材料必须解决高温长时条件下的抗氧化问题。解决C/C复合材料高温抗氧化的办法之一是加表面涂层,以保护材料不被氧化。涂层与C/C复合材料的膨胀系数往往有所差异,受热膨胀中因热应力常导致导致涂层开裂和剥落,使涂层失去保护作用。为了指导涂层设计,事先应估算出工作温度下涂层中将会产生的热应力。本文就此问题以简化了的物理模型,作了近似估算热应力的初步尝试。 一、物理模型 为了简化问题,作出以下假定: 1.涂层与C/C复合材料的界面结合良好; 2.无残留应力; 3.涂层相对于C/C复合材料很薄,C/C复合材料的导热性良好,因此假定受热时从表面至材料内部不存在温度差; 4.将带有涂层的C/C复合材料看作是一个球体,涂层为球壳。     

40Cr钢电火花表面强化层的磨损特性研究

分析了在大接触应力的磨损条件下,表面残余应力和硬度对40Cr电火花强化层耐磨性的影响,探讨了其磨损机理。结果表明:滚动磨损和滚、滑动磨损时,随着试样表层硬度的提高,试样的耐磨性增大;强化层中的残余压应力可以提高强化层的硬度并增强其耐磨性。滚动磨损时,电火花强化层的磨损方式主要为粘着磨损、疲劳磨损和磨粒磨损三种机制;在滚、滑动磨损时,除上述三种机制外,还发生了氧化磨损。     

用人工神经网络预测混杂复合材料混杂效应

本研究建立一个二输入单输出的BP人工神经网络模型，并用QBASIC语言编制了相应的软件。利用该神经网络模型对混杂效应与混杂比及分散度系数间关系进行了预测。研究结果表明，网络经过61223次的迭代，预潮值误差为0．12％，具有很高的预测精度，可用于混杂复合材料混杂效应的预测。     

发生疲劳和蠕变交互作用的临界应力强度因子

本文采用交流电位法研究了一种铁基高温合金 GH36在550℃、于不同加载条件下的裂纹扩展速率,并用扫描电镜对其断裂特征进行了分析。发现裂纹扩展规律存在着一个发生疲劳和蠕变交互作用的临界应力强度因子 K_1,当裂纹尖端的应力强度因子大于该值时,降低加载频率(或增加拉保时)将显著加速疲劳裂纹扩展速率。而小于该值时,降低加载频率(或增加拉保时)对疲劳裂纹的扩展速率却几乎没有影响。对产生这种现象的原因进行了初步探讨,在本试验条件下,主要由于疲劳裂纹和“W”型蠕变裂纹的连接而加速了裂纹的扩展。     

分形维数和弹性模量衰减表征2D-C/SiC的拉伸蠕变损伤

真空条件对2D—C／SiC复合材料在1300℃和1500℃进行了高温拉伸蠕变试验，蠕变进行到0、0．5h、2h、10h、25h、50h中断试验，用SEM观察表面形貌，用盒维数法计算试样表面裂纹的分形维数；同时测量试样的弹性模量。结果表明，由于2D—C／SiC特有的蠕变损伤形式，所形成的损伤尺度都较短，其分形维数介于0～1之间。用分形维数和弹性模量衰减都可表征2D—C／SiC的蠕变损伤，两种损伤参量所描述的蠕变损伤总的发展趋势基本一致，即蠕变开始阶段损伤发展较快，随后进入缓慢发展的第二阶段。在第二阶段中，分形维数表征的损伤持续单调增加；而用弹性模量衰减表征的损伤在该阶段出现先下降随后升高的现象。以基体裂纹为主要损伤形式的条件下。分形维数主要反映蠕变试样局部的损伤，而弹性模量衰减反映的是蠕变试样整体的损伤。     

碳／碳复合材料的氧化与防护

碳/碳复合材料的氧化敏感性限制了它的应用,为满足未来宇航飞行器等对高温结构材料的需要,必须彻底解决碳/碳复合材料的氧化防护问题。本文在认真分析碳/碳复合材料氧化过程的基础上,全面总结了提高碳/碳复合材料的抗氧化途径,其具体方法包括:材料内部结构、纤维、基体的改进和用各种方法在其表面施加保护涂层。同时,进一步发现:一种包括硼酸盐玻璃作内涂层,以SiC、Si_3N_4、SiO_2等作为外涂层的多层涂层系统,能在1700℃以下对碳/碳复合材料提供较好的防护。     

高强度马氏体钢(30CrMnSiNi2A)的塑性变形、微裂纹形成与疲劳无裂纹寿命

我们用光学显微镜、电子显微镜和冲击-疲劳试验机研究了高强度马氏体钢30CrMnSiNi2A的组织、塑性变形、微裂纹形成和疲劳无裂纹寿命。实验结果表明,30CrMnSiNi2A钢经油淬和马氏体区等温淬火,其组织主要是板条状马氏体。在疲劳裂纹顶端塑性区内观察到所谓的“形变浮凸”;形变浮凸的位向和尺寸与马氏体板条的位向和尺寸有着严格的对应关系。据此,可以认为,形变浮凸的形成是马氏体板条相互滑动的结果;马氏体板条的相对滑动是板条状马氏体组织塑性变形的一种重要模型。当马氏体板条间的滑动量超过某一极限值时,将沿马氏体板条间界开裂而形成微裂纹。残留奥氏体的薄层夹在马氏体板条之间,会使马氏体板条易于滑动,因而降低钢的屈服强度,促使微裂纹形成,缩短疲劳无裂纹寿命。切口根部的局部予应变对疲劳无裂纹寿命有巨大的影响;反向予应变缩短疲劳无裂纹寿命。正向予应变则大大延长疲劳无裂纹寿命。     

Fatigue Life of 6061 Aluminium Alloy Welding Samples both in Atmosphere and Water

名义厚度为0.04英寸（1.02 mm）的6061-O和6061-T4铝合金板材在航空工业里广泛使用。将这些板材在氩弧焊后淬火时效热处理至T62态后制成标准试样。在频率为60 Hz、应力比为0.1条件下,分别在大气和潮湿环境中进行疲劳试验,且施加载荷方向垂直于焊缝。断裂形貌通过扫描电子显微镜（SEM）观察。结果表明：与大气环境中相比,焊缝在潮湿环境下疲劳性能急剧下降,而且疲劳带也不是很明显。焊缝在潮湿环境下断裂表面含氧量比在大气中高是可能的原因。     

3D-C/SiC复合材料热震损伤行为

用3D—C／SiC和重结晶SiC陶瓷材料在光辐射热震试验机上进行了两种温度落差(△T=600℃，800℃)和不同应力的热震试验。3D—C／SiC用弹性模量和电阻表征的热震损伤曲线有相似的规律，即都大致由三阶段构成，首先是损伤急剧增加阶段，紧接着是损伤缓慢增加阶段，最后为损伤短暂的急剧增加阶段。个别电阻表征的热震损伤曲线仅在初始阶段损伤有下降现象。3D—C／SiC复合材料的抗热震性能明显优于重结晶SiC陶瓷材料；三种界面层的3D—C／SiC中，以热解碳沉积时间为20h获得的界面层复合材料热震寿命最长。