2.3 剪切与挤压

第３３卷第１期　２　０　０　６年２月　湖南大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｆｔｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　Ｖｏ１．３３．Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２　Ｏ　０　６　

文章编号：１０００．２４７２（２００６）０１—００９４—０４　

挤压态Ｃｕ．Ａｌ２Ｏ３弥散强化　

铜合金组织结构与强化机制的定量探讨　

邓楚平　，黄伯云ｌ，潘志勇　

（１．中南大学粉末冶金研究院，湖南长沙４１００８３；　２．中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙４１００８３）　摘要：通过力学性能测试、金相和透射电镜观察等手段研究了热挤压态Ｃｕ一０．１２　

２　弥散强化铜合金的组织与性能．结果表明：挤压态（　ｕ一　２　弥散强化铜合金的主要强　

化机制是细晶强化和弥散强化．细小的Ａｌ，０　相钉扎位错，强烈抑制基体的再结晶，造成材　

料小晶粒、多晶界效应，其平均亚晶粒大小仅为２～４　ｆ肌，同时对不同强制机制对合金强度　的贡献进行了定量计算，计算值与实验值吻合较好．　

关键词：Ｃｕ一　０３；弥散强化；热挤压　

中图分类号：ＴＧ１４６　文献标识码：Ａ　

Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　

ｔｈｅ　Ａ１２０３　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ａｌｌｏｙ　ａｓ　Ｈｏｔ—ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　

ＤＥＮＧ　Ｃｈｕ—ｐｉｎｇ　，ＨＵＡＮＧ　Ｂｏ—ｙｕｎ　，ＰＡＮ　Ｚｈｉ—ｙｏｎｇ２　

（１．Ｐｏｗｄｅｒ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ。Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖ，Ｃｈａｎｇｓｈａ－ｔｔｕｎａｎ　４１００８３－Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ　４１００８３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｕ—Ａｌ２Ｏ３　ａｌｌｏｙ　ａｓ　ｈｏｔ—ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｍＰ＿￣ｎｓ　ｏｆ　ｍｅ　

3–1 剪切的概念和实用计算第3章

剪切与挤压强度计算

3–2 挤压的概念和实用计算剪应力的产生

3-1剪切的概念和实用计算

一、剪切的概念

如螺栓、铆钉、销轴、键块、焊缝以及榫头等。1. 接头：将构件相互连接起来的部分称为接头

2. 连接件：接头中起连接作用的部件称为连接件m

轴键齿轮

PP

螺栓

PP

铆钉螺栓连接铆钉连接

销轴连接二、连接件的受力特点和变形特点：

特点：可传递一般力，

可拆卸。PP螺栓螺栓

特点：可传递一般力，

不可拆卸。

如桥梁桁架结点处于它

连接。PP

铆钉无间隙铆钉

m

轴键齿轮特点：传递扭矩。键

2、受力特点和变形特点：

nn

（合力）（合力）P

P以铆钉为例：①受力特点：

构件受两组大小相等、方向相

反、作用线相互很近（差一个几

何平面）的平行力系作用。

②变形特点：

构件沿两组平行力系的交界面

发生相对错动。

nn

（合力）（合力）P

P③剪切面：

构件将发生相互的错动面，如

n–n。

④剪切面上的内力：

内力—剪力Q，其作用线与

剪切面平行。

PnnQ剪切面

nn

（合力）（合力）P

P3、连接处破坏三种形式：

①剪切破坏

沿铆钉的剪切面剪断，如

沿n–n面剪断。

②挤压破坏

铆钉与钢板在相互接触面

上因挤压而使溃压连接松动，

发生破坏。

PnnQ剪切面

钢板在受铆钉孔削弱的截面处，应力增大，易在连接处拉断。③拉伸破坏二、剪切的实用计算

实用计算方法：根据构件的破坏可能性，采用能反映受力基

本特征，并简化计算的假设，计算其名义应力，然后根据直接

试验的结果，确定其相应的许用应力，以进行强度计算。

适用：构件体积不大，真实应力相当复杂情况，如连接件等。

实用计算假设：假设剪应力在整个剪切面上均匀分布，等于

剪切面上的平均应力。

1、剪切面--AQ ：错动面。

剪力--Q：剪切面上的内力。

QAQ

2

、名义剪应力

--：

3、剪切强度条件（准则）：

AQnjx:其中nn

（合力）（合力）P

P

PnnQ剪切面

工作应力不得超过材料的许用应力。

3-2挤压的概念和实用计算

一、挤压的概念

AlA-_瓷涂晒剪切强度的臓及有限元分析杨育洁，夏琰，农毅，邱长军 (南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001)摘要：为了测量经过热啧涂-激光原位反应合成技术在CLAM钢表面制备的A2〇3-TOJ陶瓷涂层的界面剪切强度，采用 万能拉压试验机配合自制的剪切装置研究了涂层与基材界面的剪切强度，并通过有限元的方法模拟了剪切强度的大小与 在界面处的受力、变形情况。结果表明:通过热啧涂-激光原位合成技术制备的A2〇3-T〇涂层的界面剪切强度较高，大约 为233/IFa有限元（FEM)模拟的结果大约为31959/IPa与实验结果相似。关键词：激光原位反应；Ap3-T〇复相陶瓷涂层；剪切强度;有限元法中图分类号：TP3919TG174453 文献标志码：A 文章编号：1〇〇2-2333(2〇17)〇1-〇〇18-〇3Experimental Study and FEM Analysis on Shear Strength of Al2〇3-Ti〇2 Coating YANG Yujie, XIA Yan, NONG Yi, QIU Changjun(School of Mechanical Engineering, University of South China, Hengyang 421001, China)Abstract: To measure the shear strength of the interface between CLAM steel and AI2O3 -Ti〇2 composite coating that prepared by hot-spraying and situ-laser on CLAM steel, this paper studies the shear strength of interface between coating and substrate using universal mechanics-testing machine and home-made shearing device. The size of shear strength and the forces at the interface is simulated by finite element measure. The results show that Al2O3-TiO2 coating has a high- shear strength, which is about 283 MPa; the simulation result is 319.59 MPa, which is similar to the test result.Key words: situ-laser; Al2O3-TiO2 composite coating; shear strength; finite element method0引言陶瓷材料具有良好的耐磨性、耐腐蚀、耐高温等性 能，弥补了金属材料的不足，激光制备技术将陶瓷涂层和 金属基体很好地结合起来，充分体现了两类材料的优点，已经成为表面改性的重要手段[1-3]。激光原位反应技术是 一种表面改性技术，使涂层和基体之间形成冶金结合，提 高涂层/基体的结合强度，受到国内外学者的青睐[4-5。涂 层和基材的结合强度是判定涂层力学性能的重要标志之 一，界面结合强度严重影响零件的使用寿命[(-]。对于界面 结合强度的测量方法包括拉伸、剪切、弯曲、划痕、压人、动态测试等方法。利用有限元法对界面结合强度进行数 值模拟已经在国内外广泛应用。本文采用热喷涂-激光原 位合成技术在CLAM钢表面制备ALOs-TiO:复相陶瓷涂 层，采用剪切法测量涂层与基体界面处的结合强度，并用 ANSYS软件对自制的剪切试验装置模型进行了力学模拟 分析，通过实验与模拟相结合验证了自制装置的准确性 以及界面的结合强度。1实验材料与方法 1.1材料的选择与制备选取中国低活化马氏体钢(CLAM)作为试验基体材 料，将基材切割成50 mm伊20 mmx13 mm,用超声波清洗5 min,基金项目：国家自然科学基金重大研究计划项目(91326114);湖南省高校重点实验室项目(湘财教指[2014] 85号)；机械工程师MECHANICAL ENGINEER

第４４卷第１２期　

２　０　１　７年１　２月　湖南大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　Ｖｏ１．４４，Ｎｏ．１２　

Ｄｅｃ．２　０　１　７　

文章编号：１６７４—２９７４（２０１７）１２—００１４—０６　ＤＯＩ：１０．１６３３９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｈｄｘｂｚｋｂ．２０１７．１２．００３　

挤压温度对Ｍｇ－３Ｚｎ－２．５ＡＩ－２．５Ｃａ合金的微观组织　

和力学性能的影响　

陈鼎　，章凯，　董鹏，陈振华　

（湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙４１００８２）　

摘要：采用金相分析、扫描电镜分析、Ｘ射线衍射分析和拉伸测试等方法研究了不同　

挤压温度对Ｍｇ一３Ｚｎ－２．５Ａ１－２．５Ｃａ（ＺＡＣ３３３）合金的微观组织和力学性能的影响．结果表明，　

铸态组织的平均晶粒尺寸为１８５／ａｍ；随着挤压温度从６２３　Ｋ降低到５２３　Ｋ，由于发生了明　

显的动态再结晶，合金的平均晶粒尺寸从６．３２／ａｍ减小到３．３６／ａｍ．ＺＡＣ３３３铸态合金中沿　

着晶界分布的半连续Ａ１。Ｃａ和连续ＣａｚＭｇｓ　Ｚｎ。第２相在热挤压过程中也发生了明显的破　

碎而沿着挤压方向分布．与铸态合金的力学性能相比，挤压态ＺＡＣ３３３合金的力学性能有明　

显的提高．挤压态合金的抗拉和屈服强度分别从１７６　ＭＰａ和２８４　ＭＰａ提高到２９２　ＭＰａ和　

３３４　ＭＰａ，而延伸率从１８　降低到９　９／６．ＺＡＣ３３３合金性能的改善主要归功于热挤压过程中　

的动态再结晶细晶强化和第２相粒子破碎而产生细化弥散强化的共同作用．　

关键词：ＺＡＣ３３３合金；挤压温度；动态再结晶；第二相；力学性能　

中图分类号：ＴＧ１４６．２　文献标志码：Ａ　

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｍｇ一３Ｚｎ一２．５Ａ１—２．５Ｃａ　Ａｌｌｏｙ