金属基复合材料压坑损伤的无损评价
劳动部锅炉压力容器检测研究中心 刘时风 沈功田 段庆儒 李邦宪
清华大学 张家骏
摘要 评价了无损检测技术检测碳化硅粒子强化铝铜金属基复合材料压坑损伤能力。试验的无损检测方法有声发射、超声波探伤、声发射、C扫描超声和X射线成像。
主题词 超声波 X射线 声发射 复合材料 评价
NONDESTRUCTIVE EVALUATION OF INDENTATION DAMAGE FOR MMC COMPOSITES
Liu Shifeng Shen Gongtian Duan Qingru Li Bangxian
(Centre of Boiler and Pressure Vessel Inspection and Research)
Zhang Jiajun (Qinghua Universily)
Ahstract The ability of nondestructive testink (NDT) techniques to detect indentation damages of a particulate silicon carbide reinforced aluminium copper alloy has bcen assessed. The NDT techniques evaluated are acoustic emnission (AE) ,acoustic ultrasonic (AU) ,C scan ultrasonic (CSUT) and radiography (RT).
金属基复合材料的工程应用和科学研究正在迅速增长,文献[1～3]给出了更多这方面的情况。随着加工技术的发展和制造成本的降低,金属基复台材料的应用将越来越广泛[2]。
不同的基体材料、增强成分和制造工艺可生产出各种金属基复合材料。大多数金属基复合材料都有优良的综合机械性能,钢性与强度增强、耐磨、良好的热学性能、低密度和轻重量等。目前大多数研究发展应用的是轻合金金属基,主要是铝和钛系列的金属基复合材料。本文采用的试验材料是粉末冶金法生产的碳化硅粒子增强的铝铜金属基复合材料。
任何结构,包括金属基复合材料结构。在生产、安装和使用中都不可避免地会产生缺陷。无损检测的目的就是定量地检测缺陷以便确定该结构是否能有效地使用。本文对几种无损检测技术检测金属基复合材料压坑损伤的能力进行了评价。试验考察的无损检测技术是声发射.超声-声发射、C扫描超声和射线。
试验和结果
1.1 材料和试样
试验材料为碳化硅粒子增强的铝铜合金金属基复合材料SiCP/ALMMC。碳化硅粒子的体积比是18%,直径为3um。铝铜合金基体的化学成分为铜3. 8%～4.9%、镁1.2%～1.8%、锰0.3%～0. 9%、锌0.25%、硅0.2%、铬0.1%、铁0.3%、其他0.2%和铝[4]。试验材料试样尺寸为70mm×20mm×10mm。
1.2 压坑试验
图1为压坑试验装置示意图。最大压载为43kN,压头为直径6mm钢球。压坑为塑性形变,有些已产生裂纹.个别压坑产生大裂纹。表1为压坑试验结果。
1.3 声发射试验
声发射检测技术已成功应用于复合材料的工程应用和研究[5]。
本试验用压坑试验过程中进行声发射监测来确定压坑的损伤程度和过程(图1).声发射仪器为Dunegan/Endevco 3000 型,传感器为PAC Micro 80, 频率范围为200kHz～lMHz.采集分析参数为累加计数,灵敏度设置较高的10dB增益和较低的门限电压设置,约0.8V。累加计数设置为增益75dB,门限电压1V。图2为典型压坑试验中声发射监测数据.由于CPA参数灵敏度设置高于RDC参数,大多数声发射数据CPA參.数起始载荷低于RDC参数起始载荷。这表明CPA参数能记录到一定程度塑性变形的起始载荷,而RDC參数的起始载荷则有可能代表一定程度的开裂现象的开始。
