6061鋁管可制造金屬智能復(fù)合材料 金屬基智能復(fù)合材料具有自我感知、自我診斷和自我管理能力,相比聚合物基智能復(fù)合材料,具有更高強度,適合在高溫、腐蝕性及惡劣環(huán)境中使用,可滿足更高安全需要等優(yōu)點。本文使用超聲波金屬焊接快速成型方法埋入光纖布拉格光柵(FBG)傳感器至6061鋁基體中來制造金屬基智能復(fù)合材料。
進一步加深了對超聲波金屬焊接的理解：超聲波金屬焊接后,基體材料的硬度得到了提高,特別在光纖周圍；焊件連接強度隨超聲能量和超聲時間的增大而線性增大最后趨于穩(wěn)定；焊接后基體材料的晶粒尺寸幾乎不變,但晶粒取向發(fā)生了變化,使組織各向同性增強。最后,論文考慮到FBG傳感器埋入金屬基體中極易破壞失效,因此首先對FBG傳感器進行了金屬化保護,并使用優(yōu)化的焊接參數(shù)成功埋入了FBG傳感器。獲得了具備較好溫度傳感性能的金屬基智能復(fù)合材料,說明超聲波金屬焊接制備金屬基智能復(fù)合材料是切實可行的。對超聲波金屬焊接、光纖傳感器埋入6061鋁管基體進行了理論分析和有限元仿真,并對FBG傳感器埋入鋁基體的組織性能和傳感性能實驗結(jié)果進行了可行性研究。首先,FBG傳感器可埋入金屬基體的兩個關(guān)鍵機制為超聲波金屬焊接的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)。表面效應(yīng)描述的是相互接觸界面的摩擦；而體積效應(yīng)發(fā)生在整個金屬成形過程中,對金屬基體內(nèi)應(yīng)力和塑性變形有較顯著影響。利用分離式霍普金森壓桿(SHPB)對兩種高強度硬鋁合金2024-T4和7075-T6在不同初始溫度(123K～623K)條件下的動態(tài)壓縮力學性能進行了較系統(tǒng)的實驗研究。結(jié)果顯示:1)兩種鋁合金都表現(xiàn)出一定的應(yīng)變率硬化效應(yīng),流動應(yīng)力隨著應(yīng)變率呈線性增大,并且發(fā)現(xiàn)2024-T4的應(yīng)變率效應(yīng)依賴于溫度,而7075-T6的應(yīng)變率效應(yīng)與溫度之間是解耦的;2)兩種鋁合金在小應(yīng)變時表現(xiàn)出應(yīng)變硬化效應(yīng)。�；谶@兩個關(guān)鍵機制建立了材料模型和摩擦模型,并依托所建立的計算分析模型實現(xiàn)了超聲波金屬焊接的熱-機耦合有限元分析,結(jié)果表明在鋁箔片/超聲焊極界面處鋁合金具有最高溫度和最大塑性變形,且最高溫度低于熔點溫度,在焊接壓力為175MPa、超聲振幅為8.4μm、焊接時間為60ms的情況下,最高溫度為357.466℃,隨著焊接壓力持續(xù)增加會出現(xiàn)粘焊現(xiàn)象。利用多種軋制與退火的組合工藝方案分別對同一批次鋁合金板料進行加工,并進行了試樣拉伸試驗,分析了軋制總壓縮率及退火工藝對試樣伸長率的影響。研究發(fā)現(xiàn):較大的軋制總壓縮率有利于提高材料的超塑性,總壓縮率為96.67%的TM3試樣在250℃下以2×10-3s-1的應(yīng)變速率進行拉伸,得到了443%的伸長率,微觀組織分析發(fā)現(xiàn),試樣中等軸細小晶粒所占比率越大試樣超塑性越好;在最佳工藝方案基礎(chǔ)上,通過縮短前期退火時間,提高了效率,且低溫超塑性性能并沒有受到太大的影響,250℃下試樣的伸長率仍達到了350%。
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