顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料——加工制備、性能與表征
作為金屬基復(fù)合材料中的佼佼者，鈦基復(fù)合材料由于其比強(qiáng)度高、比模量大、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能，在國(guó)內(nèi)外引起了廣泛的研究興趣。對(duì)鈦基復(fù)合材料的關(guān)注雖然不少，但針對(duì)鈦基復(fù)合材料的研究分布比較零散，研究者對(duì)鈦基復(fù)合材料的基本問(wèn)題缺乏清晰的、結(jié)構(gòu)完整的概念。本書(shū)針對(duì)這一現(xiàn)狀，查閱大量文獻(xiàn)，結(jié)合本書(shū)作者多年對(duì)鈦基復(fù)合材料的研究經(jīng)驗(yàn)，使用六章內(nèi)容詳盡的介紹了鈦基復(fù)合材料的定義、特性及應(yīng)用、分類(lèi)、研究方法、研究現(xiàn)狀、制備方法、微觀(guān)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、數(shù)值模擬、損傷失效等，完成了鈦基復(fù)合材料相關(guān)知識(shí)的體系架構(gòu)。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 鈦基復(fù)合材料的定義與分類(lèi) 4
1.2 鈦基復(fù)合材料特性及其應(yīng)用 4
1.3 增強(qiáng)體的分類(lèi) 5
1.4 增強(qiáng)體材料的選擇 7
1.4.1復(fù)合材料中的TiC 8
1.4.2復(fù)合材料中的TiB 8
1.4.3復(fù)合材料中的稀土元素氧化物 9
1.5 鈦基體材料的選擇 9
1.6 鈦基復(fù)合材料力學(xué)性能的研究 9
1.6.1 室溫特性 10
1.6.2 高溫特性 12
1.6.3 動(dòng)態(tài)特性 14
1.7 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料理論分析研究現(xiàn)狀 15
1.7.1 宏觀(guān)力學(xué)理論研究 15
1.7.2 細(xì)觀(guān)力學(xué)理論研究 17
1.7.3 宏細(xì)觀(guān)結(jié)合力學(xué)理論研究 21
1.8 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料數(shù)值計(jì)算研究現(xiàn)狀 23
參考文獻(xiàn) 24
第2章 鈦基復(fù)合材料的制備方法 27
2.1 熔鑄法 27
2.2 粉末冶金法 27
2.3 機(jī)械合金化法 28
2.4 自蔓延高溫合成法 28
2.5 XDTM法 28
2.6 反應(yīng)熱壓法 29
2.7 燃燒輔助鑄造法 29
2.8 直接反應(yīng)合成法 (DRS) 29
2.9 熔化輔助合成法 30
2.10 反應(yīng)自發(fā)滲透法 30
2.11 直接金屬/熔體氧化法 30
2.12 反應(yīng)擠壓鑄造法 31
2.13 氣-液合成技術(shù)法 31
2.14 快速凝固法 31
2.15 放電等離子燒結(jié)技術(shù) 32
2.16 增材制造技術(shù)法 32
2.17 金屬注射成形法制備Ti-6Al-4V 34
參考文獻(xiàn) 35
第3章 鈦基復(fù)合材料的界面及微觀(guān)結(jié)構(gòu) 38
3.1 鈦基復(fù)合材料界面的定義 38
3.2 鈦基復(fù)合材料界面的特征 39
3.2.1 鈦基復(fù)合材料界面的效應(yīng) 39
3.2.2 鈦基復(fù)合材料界面的結(jié)合機(jī)制 40
3.2.3 鈦基復(fù)合材料界面的分類(lèi)及界面模型 41
3.2.4 鈦基復(fù)合材料界面微觀(guān)結(jié)構(gòu)及界面反應(yīng) 43
3.2.5 鈦基復(fù)合材料界面的穩(wěn)定性 48
3.2.6 鈦基復(fù)合材料界面的力學(xué)特性 49
3.2.7 鈦基復(fù)合材料的界面設(shè)計(jì) 52
3.3 鈦基復(fù)合材料界面的表征 53
3.3.1 鈦基復(fù)合材料的界面組織結(jié)構(gòu)表征 53
3.3.2 鈦基復(fù)合材料的界面強(qiáng)度的表征 54
3.3.3 鈦基復(fù)合材料的界面區(qū)位錯(cuò)分布 56
3.3.4 鈦基復(fù)合材料的界面殘余應(yīng)力的測(cè)試 57
3.4 TiC/Ti復(fù)合材料的制備及微觀(guān)結(jié)構(gòu) 58
3.4.1 TiC/Ti復(fù)合材料的制備 58
3.4.2 TiC/Ti復(fù)合材料的相分析和微觀(guān)結(jié)構(gòu) 60
3.4.3 凝固過(guò)程對(duì)復(fù)合材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)的影響 66
3.4.4 Cr、Mo和TiC組分對(duì)復(fù)合材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)的影響 69
3.5 TiB/Ti復(fù)合材料的制備及微觀(guān)結(jié)構(gòu) 71
3.5.1 TiB/Ti復(fù)合材料的制備 71
3.5.2 TiB/Ti復(fù)合材料的相分析和微觀(guān)結(jié)構(gòu) 72
3.6 (TiB+TiC)/Ti復(fù)合材料的制備及微觀(guān)結(jié)構(gòu) 77
3.6.1 (TiB+TiC)/Ti復(fù)合材料的制備 77
3.6.2 (TiB+TiC)/Ti復(fù)合材料的相分析和微觀(guān)結(jié)構(gòu) 79
3.6.3 (TiB+TiC)/Ti復(fù)合材料的成型過(guò)程與增強(qiáng)體形成機(jī)制 88
參考文獻(xiàn) 90
第4章 鈦基復(fù)合材料的力學(xué)性能 93
4.1 鈦基復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能 93
4.1.1 顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能 93
4.1.2復(fù)合材料力學(xué)性能的強(qiáng)化機(jī)制、應(yīng)變率效應(yīng)和斷裂機(jī)制 98
4.1.3 不同固溶處理溫度下復(fù)合材料室溫拉伸性能 103
4.1.4 不同冷卻速度下復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能 105
4.1.5復(fù)合材料的抗侵徹性能 106
4.2 鈦基復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能 109
4.2.1 顆粒鈦基復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能 109
4.2.2 Cr、Mo和TiC組分的顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料高溫性能 113
4.2.3 不同熱處理下顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料高溫性能 117
4.2.4 TP-650鈦基復(fù)合材料的高溫持久和蠕變性能 118
4.2.5復(fù)合材料的高溫性能和合金組織的關(guān)系 118
4.3 鈦基復(fù)合材料的本構(gòu)模型 120
4.3.1 Johnson-Cook本構(gòu)方程的建立 121
4.3.2 修正Johnson-Cook本構(gòu)模型 128
4.3.3 鈦基復(fù)合材料的細(xì)觀(guān)本構(gòu)模型 133
參考文獻(xiàn) 155
第5章 鈦基復(fù)合材料力學(xué)性能的數(shù)值模擬 158
5.1 均勻化理論的基本思想 158
5.2 均勻化理論的發(fā)展 159
5.3 均勻化方法在不同研究領(lǐng)域的應(yīng)用 161
5.3.1 在傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用 161
5.3.2 在生物力學(xué)方面 161
5.3.3 在拓?fù)鋬?yōu)化方面 162
5.3.4 在多孔介質(zhì)滲流方面 162
5.4 均勻化理論與其他復(fù)合材料研究方法的比較 162
5.4.1 細(xì)觀(guān)力學(xué)方法 162
5.4.2 分子動(dòng)力學(xué)方法 163
5.5 均勻化理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和誤差估計(jì) 163
5.5.1 基本假設(shè) 163
5.5.2 數(shù)學(xué)描述 164
5.5.3 橢圓型微分算子的均勻化過(guò)程 165
5.5.4 橢圓型微分算子均勻化解的誤差估計(jì) 167
5.6 彈性均勻化理論 168
5.7 彈塑性力學(xué)性能分析的均勻化方法 171
5.8 率相關(guān)的彈黏塑性均勻化理論 175
5.8.1 基本方程 175
5.8.2 均勻化過(guò)程的推導(dǎo) 176
5.9 基于不動(dòng)點(diǎn)迭代方法的均勻化理論及數(shù)值模擬 178
5.9.1 不動(dòng)點(diǎn)迭代方法 178
5.9.2 有限元分析模型 180
5.9.3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果與分析 181
5.10 平面問(wèn)題的彈塑性有限元理論及程序 195
5.10.1 平面問(wèn)題的彈性理論 195
5.10.2 平面問(wèn)題的塑性理論 198
5.10.3 有限元問(wèn)題的離散化基本方程表達(dá)式 200
5.10.4 剛度矩陣和一致載荷矢量的計(jì)算方法及程序?qū)崿F(xiàn) 204
5.10.5 二維彈塑性準(zhǔn)靜態(tài)有限元總程序 209
5.10.6 非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)瞬變問(wèn)題的隱式-顯式時(shí)間積分解法 212
5.10.7 二維彈塑性動(dòng)態(tài)瞬變有限元總程序 216
5.10.8 顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料力學(xué)性能的數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析 222
參考文獻(xiàn) 230
第6章 鈦基復(fù)合材料的損傷與失效 232
6.1 金屬基復(fù)合材料損傷基本理論 232
6.2 金屬基復(fù)合材料的損傷和失效機(jī)制 234
6.2.1 金屬基復(fù)合材料的損傷機(jī)制 234
6.2.2復(fù)合材料的失效發(fā)展過(guò)程及概率方法 235
6.2.3 損傷統(tǒng)計(jì)累積時(shí)復(fù)合材料的承載能力 235
6.2.4 損傷累積函數(shù)和短纖維段的強(qiáng)度分布 238
6.2.5復(fù)合材料的完全失效的過(guò)渡 239
6.2.6 組元物理化學(xué)相互作用的影響 243
6.3 鈦基復(fù)合材料的損傷與失效 246
6.3.1 TiC顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料中微裂紋的擴(kuò)展規(guī)律 246
6.3.2 TiC顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)拉伸損傷機(jī)制 248
6.3.3 平面損傷本構(gòu)關(guān)系 250
6.3.4 一維動(dòng)態(tài)拉伸損傷本構(gòu) 254
6.3.5 模型參數(shù)與計(jì)算結(jié)果討論 256
6.4 沖擊作用下基體材料的失效 262
6.5 Ti-6Al-4V再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)計(jì)算 264
6.5.1 晶界遷移機(jī)制動(dòng)力學(xué)計(jì)算 265
6.5.2 亞晶合并動(dòng)力學(xué)計(jì)算 266
6.5.3 Ti-6Al-4V絕熱剪切帶內(nèi)組織演化機(jī)制 267
參考文獻(xiàn) 269
第7章 鈦基復(fù)合材料的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì) 272
7.1 鈦基復(fù)合材料的應(yīng)用 272
7.2 鈦基復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì) 274
參考文獻(xiàn) 275
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