摘要
钛/铝层状复合板是时下热门新型复合材料之一，由于钛、铝金属特性差异过大，其复合工艺一直是研究热点，同时层状结构也使其力学性能与失效机制不同于单一金属。于是本文在双辊铸轧复合工艺基础上加入机械振动进行钛/铝复合板带的制备，并将其与非振动铸轧复合板带进行对比分析，得到振动的加入对复合板带力学性能及失效机制造成的影响。 使用本团队改造的双辊薄带铸轧机进行非振动、振动铸轧复合试验，经过多次试验确定出最优振动参数，得到两种工况下复合质量良好的钛/铝复合板带。通过微观表征试验得到两种工况复合板带的组织特点，界面处两种金属形成冶金结合。通过对比可知相较于非振动复合板带，振动复合板带界面平直且扩散层厚度有所减薄，同时铝侧晶粒表现为尺寸更小的等轴晶。 对复合板带进行力学性能测试，显微硬度试验结果显示复合板带界面硬度介于两基体之间，振动的加入使复合板带界面硬度值和铝侧硬度值更高且硬度测试曲线波动更小。拉伸试验结果表明振动复合板带表现更好的延展性和更高的强度，此外由三点弯曲试验结果可得铸轧钛/铝复合板带弯曲性能优异，振动铸轧复合板带抗弯能力更强。 结合力学试验结果曲线与形貌微观表征结果对复合板带不同载荷下的失效机制进行研究。铸轧钛/铝复合板带过载断裂时的断裂类型为韧性断裂，表现切断型断裂特征，断裂机制属微孔聚集型。试件断裂伴有界面分离，但两种工况试件发生节点不同。弯曲载荷下铸轧复合板带预制缺口试件失效机制为微孔聚集型，振动复合板带组元金属不发生损伤，仅界面处在附加应力作用下出现微孔洞，孔洞扩展连接形成裂纹，引发界面脱粘失效。 对两种工况复合板带拉伸试验进行有限元分析，比较结果可知基体采用DuctileDamage损伤失效模型、界面层采用内聚力模型建立的仿真模型有效，由此模型可计算得到试验无法获得的复合板内部应变、应力场数据并量化表现损伤过程。
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