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拉伸固体的应力 3D图像显示颗粒如何在金属中分布

发布时间:2019-06-19 23:18 来源:未知 编辑:admin

  从炉子上的锅碗瓢盆到电线悬挂桥,金属复合材料需要考虑到各种强度,延展性和耐久性,以满足人类的需求。现在,日本名古屋工业大学(NITech)的研究人员已应用三维晶体学来观察单个颗粒如何塑造复合材料 - 以及如何操纵它们以制造更好的自身版本

  “复合材料的强度受颗粒尺寸,空间分布和三维形状的控制,”研究生院和材料科学前沿研究所副教授Hisashi Sato博士说。他与Yoshimi Watanabe教授合作进行了这项研究。

  在制造复合材料时,例如拉出金属合金以制造用于桥的悬挂线,材料受到挤压并受到应力以使颗粒破裂。然后将颗粒拉出成较薄的重排,但必须小心控制它们以避免失去强度或变脆。这个称为等通道角挤压(ECAP)的过程被称为复合材料颗粒从其原始状态“变形”。

  根据佐藤博士的说法,没有人通过三维变形复合材料中的图像检查粒子分布变化。Sato博士和Watanabe教授使用3D显微结构观察和晶体学分析来研究颗粒在铝基复合材料中的形状,尺寸和位置如何变化。

  他们发现,变形的碎片重新分布在复合材料下面的脚手架 - 基质 - 如何被拆开并重新组合在一起,例如当悬挂线被拉出时颗粒重新排列在一起,因为表面积减小了。不仅如此,佐藤博士说,变形复合材料中的颗粒分布实际上可以根据其基质的物质流动来控制。

  研究人员还研究了剪切模式的影响,或者改变了每个ECAP通道的样本方向。在附图中,路线A是没有旋转的样品的情况,路线度旋转的情况,路线次通过。他们发现Bc路线Ti颗粒碎片。据认为,Al3Ti金属间颗粒优先在变形过程中的特定位置碎裂,这提供了另一个控制水平以产生更好的颗粒。

  根据佐藤博士的说法,之前的研究人员发现,Al-Al3Ti复合材料的变形过程为铝铸件创造了更好的晶粒细化剂,但他们并不了解改善结果的潜在机制。现在,研究人员和工程师可以通过精确控制为铝铸件设计更好的晶粒细化剂。

  “金属基复合材料的强度和延展性很大程度上取决于颗粒尺寸和颗粒的空间分布,”佐藤博士说。“为了设计具有更高强度和延展性的复合材料,理解颗粒尺寸,颗粒空间分布和复合材料的机械性能之间的关系非常重要。”

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