Cu/Al-kerroksisten komposiittilevyjen muodonmuutos- ja vauriokäyttäytyminen rajapinnan ominaisuuksien perusteella
Ti/Al-kerroksiset komposiittilevyt,Cu/Al-kerroksiset komposiittilevyt, ja Mg/Al-kerroksisilla komposiittilevyillä on erinomaiset kattavat ominaisuudet, ja niitä käytetään laajasti ilmailu-, rautatie- ja muilla aloilla. Cu:lla ja sen lejeeringeillä on etuja, kuten korkea johtavuus ja hyvä muovattavuus, kun taas Al:lla ja sen seoksilla on erinomainen korroosionkestävyys ja muovattavuus. Cu/Al-kerroksisten komposiittilevyjen odotetaan yhdistävän Cu- ja Al-seosten edut ja laajentavan niiden käyttömahdollisuuksia. Kuitenkin rajapinta-alue laminoitujen komposiittilevyjen
Cu/Al-kerroksisten komposiittilevyjen olemassaolo tekee niistä alttiita vaurioille muodonmuutoksen aikana, mikä vaikuttaa komponenttien käyttöominaisuuksiin. On kiireellistä tutkia Cu/Al-kerroksisten komposiittilevyjen vauriokäyttäytymismekanismia muodonmuutoksen aikana. Modernin teollisuuden nopean kehityksen myötä ihmisten kysyntä metallimateriaalien kokonaisvaltaiselle suorituskyvylle kasvaa. Esimerkiksi materiaalien kokonaissuorituskykyä parannettaessa ja keveyttä tavoiteltaessa yksikomponenttisen materiaalin on vaikea täyttää vaadittua kokonaisvaltaista suorituskykyä. Siksi metallikerroksisia komposiittimateriaaleja on syntynyt.
Cu/Al-komposiittilevyssä, jossa on tyypillinen kerrosrakenne, yhdistyy Cu:n korkea johtavuus ja hyvä muovattavuus sekä Al:n alhainen tiheys ja korroosionkestävyys, ja sitä käytetään laajalti sellaisilla aloilla kuin ilmailu- ja rautatieliikenne. Metallikerroskomposiittilevyjen erilaiset rajapintamorfologiat ja komponenttien paksuussuhteet vaikuttavat merkittävästi komposiittilevyjen mekaanisiin ominaisuuksiin. Rajapintaelementtien koordinoiva vaikutus muodonmuutoksen aikana, kuten räjähdyshitsauksella valmistettujen komposiittilevyjen aaltoileva rajapintamorfologia. Komposiittilevyillä, joilla on aaltoilevan rajapinnan morfologia, on suurempi leikkauslujuus muodonmuutoksen aikana kunkin komponenttimateriaalin mekaanisen lukitusvaikutuksen vuoksi verrattuna komposiittilevyihin, joissa on litteät rajapinnat. Metallikerroksiset komposiittilevyt ovat alttiita vaurioille ja vaurioille muodonmuutoksen aikana. Tällä hetkellä komposiittilevyjen vaurioiden tutkimus keskittyy pääasiassa kokeellisiin menetelmiin, joilla voidaan intuitiivisesti tutkia materiaalien vauriokäyttäytymistä. Kokeellisilla menetelmillä on kuitenkin pullonkauloja metallikerroksisten komposiittilevyjen muodonmuutoshistorian ominaisuuksien ja vaurioiden murtumiskäyttäytymisen dynaamisessa esittämisessä mikromittakaavassa. Elementtimenetelmällä voidaan luoda materiaalin muodonmuutosmalleja todellisissa olosuhteissa, mikä mahdollistaa kerrostettujen komposiittilevyjen muodonmuutoshistorian ominaisuuksien ja vauriomurtumiskäyttäytymisen tarkan analysoinnin.
Metallikerrostettujen komposiittilevyjen etuna on erilaisten komponenttimetallien kattava hyödyntäminen, ja niitä käytetään laajalti sellaisilla aloilla kuin ilmailu- ja rautatiekuljetukset. Niistä kerrosrakenne on tyypillisin menetelmä, jolla voidaan samanaikaisesti parantaa metallimateriaalien lujuutta ja plastisuutta. Se voi voittaa lujuuden ja plastisuuden välisen käänteisen suhteen ja saavuttaa hyvän ottelun näiden kahden välillä, mikä on herättänyt paljon tutkijoiden huomiota. Myös metallien välisten yhdisteiden mekaaniset ominaisuudet Cu/Al-kerroksisten komposiittilevyjen rajapinta-alueella eroavat merkittävästi metallimatriisin vastaavista. Muodonmuutosprosessin aikana rajapinta voi koordinoida metallien muodonmuutoksia molemmin puolin. Liitäntäominaisuuksien olemassaolon vuoksi komponentit ovat kuitenkin alttiita vaurioille ja vikoja kylmän plastisen muodonmuutoksen aikana, mikä vaikuttaa vakavasti niiden turvalliseen huoltoon. Tämä rajoittaa suuresti niiden laajaa käyttöä ja muodostuu tekniseksi pullonkaulaksi. Siksi on kiireellistä tehdä tutkimusta vauriokäyttäytymisen ja vauriomekanismin välisestä korrelaatiosta rajapinnan ominaisuuksien koordinoinnin rajoituksen alaisena. Tästä on tullut keskeinen perustavanlaatuinen tieteellinen ongelma, jota on käsiteltävä heterogeenisen metallikerroksisen komposiittilevyn muovausteknologian tutkimuksessa, kehittämisessä ja soveltamisessa.
Cu/Al-metallikerroskomposiittilevyjen rajapintaominaisuuksia tutkimalla saadaan tarkasti kunkin kerrosmateriaalin vaurioparametrit ja muodostetaan rajapinnan vaikutusvyöhyke huomioon ottaen Cu/Al-kerroskomposiittilevyjen elementtimalli. Cu/Al-kerroksisten komposiittilevyjen halkeaman alkamis- ja etenemismekanismia tutkitaan in situ -vetolujuustesteillä ja elementtisimulaatioilla, mikä paljastaa materiaalien muodonmuutosmekanismin rajapinnan rajoituskoordinaation molemmilla puolilla. Kokeellisten tulosten avulla voidaan optimoida Cu/Al-kerroksisten komposiittilevykomponenttien valmistusprosessi myöhemmässä vaiheessa, välttää muotoiltujen osien vaurioituminen ja parantaa muotoiltujen osien huoltokykyä. Tutkimustulokset eivät ainoastaan rikasta metallikerroskomposiittilevyjen muovausteknologiaa ja teoriaa, vaan niillä on myös tärkeä tieteellinen merkitys komponenttien muotoiluteorian ja -teknologian kehittämisessä ja parantamisessa.
