SiC纤维增强TiAl基复合材料残余应力的调控

摘要：

武器装备的轻量化设计以及更苛刻的高温服役要求,对材料提出了更高的要求.连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti复合材料)具有良好的比强度和综合力学性能,成为了备受关注的轻质高温结构材料.但受局限于SiCf/TiAl复合材料的工艺特点,在成型过程中不可避免的会引入热残余应力而引起材料内部缺陷,对材料的力学性能带来不利影响.研究表明,SiC/TiAl基体中具有较高的残余张应力,是SiCf/TiAl复合材料基体缺陷产生的主要原因.当SiC纤维体积分数(Vf)为40.54％时,TiAl基体中最大残余张应力为1083.7 MPa(高于TiAl室温断裂强度).为了调控SiCf/TiAl复合材料内部残余应力,采用有限元分析法计算了不同位置引入不同厚度的钛合金涂层,获得涂层的位置、厚度以及钛合金种类对SiCf/TiAl复合材料热残余应力的影响,从而获得SiCf/TiAl复合材料的残余应力的优化方案.对于SiC纤维Vf为40.54％的SiCf/TiAl复合材料而言,采用引入5 μm(内)/1μm(外)涂层时,相比原始SiCf/TiAl复合材料,TiAl基体中最大残余张应力可降低约10％(低于TiAl室温断裂强度),从而在一定程度上降低复合材料中基体开裂等缺陷产生的风险.

关键词：连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti复合材料)、有限元分析法(FEA)、残余应力、涂层位置、厚度

所属期刊栏目：47

分类号：TB333(工程材料学)

资助基金：国家科技重大专项HT-J2019-Ⅵ-0007-0121

在线出版日期：2023-08-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：787-796