颗粒失效对SiC增强铝基复合材料屈服应力的影响模型.pdf

第20卷第2期中国有色金属学报2010年2月
Vol.20No.2TheChineseJournalofNonferrousMetalsFeb.2010
文章编号：1004-0609(2010)02-0244-06

颗粒失效对SiC增强铝基复合材料屈服应力的影响模型

宋旼，谢灿强，贺跃辉

(中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙410083)

摘要：基于修正的剪切滞后模型、Eshelby等效夹杂理论以及Weibull统计分布，发展SiC增强铝基复合材料屈
服应力的本构模型。选取多种铝合金，包括工业纯铝、Al-Mg-Si合金、Al-Cu-Mg合金以及Al-Zn-Mg合金，作
为复合材料的基体材料进行屈服应力的测试，以验证模型的准确性。模型考虑变形过程中SiC颗粒失效(包括颗粒
脱粘和颗粒断裂)对复合材料屈服应力的影响。结果表明：复合材料的屈服应力随着SiC颗粒体积分数的增加而增
加，但随着SiC颗粒尺寸的增加而降低；该力学模型比传统的修正剪切滞后模型更加准确，这表明SiC颗粒失效
对复合材料的屈服应力产生重要的影响。
关键词：SiC/Al复合材料；屈服应力；载荷转移；Weibull统计
中图分类号：TG111

Modelofeffectsofparticlefailureonyieldstressof
SiCreinforcedaluminumalloycomposites

SONGMin,XIECan-qiang,HEYue-hui

(StateKeyLaboratoryofPowderMetallurgy,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)

Abstract:AconstitutivemodelfortheyieldstressofSiCreinforcedaluminumalloycompositeswasdevelopedbasedon
themodifiedshearlagmodel,Eshelby’sequivalentinclusionapproachandWeibullstatistics.Severaltypesofaluminum
alloysincludingindustrypurealuminum,Al-Mg-Sialloy,Al-Cu-MgalloyandAl-Zn-Mgalloywerechosenasthe
matrixmaterialstoverifytheaccuracyofthemodel.ThefailureoftheSiCparticlesincludingparticledebondingand
crackingontheyieldstressofcompositesduringthedeformationprocesswasconsideredinthemodel.Theresultsshow
thattheyieldstressofthecompositesincreaseswithincreasingvolumefractionofSiCparticles,butitdecreaseswith
increasingsizeoftheSiCparticles.Thepredictionofthepresentdevelopedconstitutivemodelagreesmuchbetterwith
theexperimentaldatathanthetraditionalmodifiedshearlagmodel,whichindicatesthatthefailureofSiCparticleshas
importanteffectontheyieldstressoftheSiCreinforcedaluminumalloycomposites.
Keywords:SiC/Alcomposites;yieldstress;loadtransferring;Weibullstatistics

众所周知，在铝合金中添加SiC颗粒或SiC短纤SiC增强体上，从而导致复合材料屈服应力和弹性模
维将增加材料的屈服应力和弹性模量。早期的研究[1−5]量的提高。第二种因素称之为淬火强化效应，由
表明：这种强化效应主要取决于两种因素。第一种因ARSENAULT等[6−8]提出。淬火强化效应的物理原理
素称之为剪切滞后效应，最早由COX[1]提出，随后得基于由于铝合金基体与SiC增强体有不同的热膨胀系
到了NARDONE等[2−5]的发展。剪切滞后模型的物理数，在热处理过程中将会产生大量的位错增殖，从而

原理基于铝合金基体将外部所施加的应力传递到硬的导致复合材料屈服应力和弹性模量的提高。

基金项目：中国博士后科学基金资助