材料缺陷

材料缺陷（共10篇）

材料缺陷 篇1

1 缺陷形成机理

在RTM充模过程中, 我们将玻璃纤维织物看成是多孔介质.孔隙有两种, 在纤维单丝之间形成的空隙以及在纤维单丝表面的宏观或微观裂纹形成的空隙, 为微观空隙, 其所形成的流体流动通道为微孔通道;在相邻纤维束之间所形成的空隙, 为宏观空隙。[1]

这样在流体流动方向上, 纤维束内微孔通道中的流体就一定会比纤维束间大孔通道内流体先和横向纤维束接触, 一旦纤维束内微孔通道中的流体和横向纤维束接触, 在横向纤维束内毛细作用力作用下会立即引发在横向纤维束内沿横向纤维束方向的垂直流动。沿流体注入方向的纤维束内的流体是可以同时和横向纤维束接触的, 如此会导致在横向纤维束微孔通道内的相对流动。若这样相对流动的流体汇合时, 沿注入方向的纤维束间大孔通道内的流体尚未到达横向纤维束, 则沿流动方向的纤维束间大孔通道内的空气就无可排除, 形成了气泡。此时形成的气泡是一个较大的气泡。随着流体的继续注入, 必然会破坏大气泡内外的压力平衡, 破裂数个小气泡, 继续稳定地存在于纤维束间的空隙里。

由于流体在不同流动通道中渗透导致了流体饱和度发生变化, 也就是在交叉流动区域长度方向上的饱和度存在差值, 当纤维束内微孔通道中流体饱和度和交叉流动区域中靠近微孔通道一侧的饱和度平衡时, 如果纤维束间大孔通道里的流动前缘仍未能到达横向纤维束, 则会形成了大气泡。反之, 如果纤维束间大孔通道里的流体饱和度大于纤维束内微孔通道中的流体饱和度, 而此时纤维束内微孔通道中仍未能注满流体, 则会形成在纤维束内纤维单丝间的微气泡。

2 实验观测

最早开展浸润研究的是Williams[2]等人, 他们在流动观察实验中发现当流体的流动前沿流过后, 一些气泡仍然存在于纤维床中, 称重法测得气泡体积含量不超过4%, 但没有深入探讨其与流体及增强材料性能的关系。将结果与用水和酒精所做实验结果进行比较, 发现表面张力对空气的包裹有一定的影响, 他们提出了表面张力对流速以及树脂在纤维中的流动形态的影响。Peterson和Robertsonl[3]模拟了RTM成型工艺, 将树脂注入一支玻璃管中, 纤维沿着玻璃管轴向排布, 实验发现纤维含量较低时产生一些较大的椭圆形气泡, 这些气泡流动性好, 一般都随着树脂向前迁移:而纤维含量较高时 (>50%) 产生的圆形气泡分布比较均匀, 这些气泡的流动性较差。注射压力增加, 气泡体积随之降低, 但流动性好, 而且气泡大都在纤维/树脂界面处产生。Molnar等人[4]分别拍摄了高、低流速下树脂流经单向纤维织物时的显微照片。在流速较低时, 纤维丝间流体流动速度比纤维束间的快, 这是因为有毛细作用力的影响;而在流速较高时, 毛细作用力的影响较小, 纤维丝间流体流动速度明显比纤维束间的慢。

Hull[5]描述了FRP中容易形成气泡的区域以及气泡的类型: (1) 纤维束之间和纤维束内形成的气泡, 可能为圆形, 或者伸长为平行于纤维束的椭圆形空穴。这些气泡的大小与纤维束间和纤维束内的孔隙有关。 (2) 层间和富树脂区域的气泡。Judd和Wright[6]通过研究总结出制品中每含有1%的气泡, 复合材料的层间剪切强度就要下降7%, 可见气泡缺陷的存在对复合材料的机械性能极为不利;不仅会降低复合材料制品的弯曲强度、耐久性和抗疲劳性, 而且对气候的敏感性和吸湿性增加, 强度等性能的分散性增加。在实际应用中, 气泡的存在将加速制品对湿气的吸收。制品表面或附近区域气泡的存在会影响表面处理效果。

Hayward和Harris[7]研究了RTM工艺中影响气泡含量的因素, 结果表明在真空辅助下树脂浸润预成型体, 得到制品的空隙率降低, 剪切和弯曲强度增加。对制品进行图象分析发现空隙率有明显的降低, 在真空辅助下空隙率为0.15%, 而没有真空辅助的空隙率为1.0%。

3 模型化研究

一些研究者在实验观测的基础上, 建立了相应的理论模型用来预测不同浸渍条件下气泡的生成量。尽管这些模型在推导过程中经过某些简化假设, 且针对不同的简化任何条件, 但这些模型仍能揭示出一些微观的物理现象。Parnas和Phelan针对垂直于单向纤维束的流动过程, 建立了气泡卷裹的模型, 模型考虑了纤维床层中同时出现的两种相互竞争的流动:纤维束之间的流动和纤维束内部的渗透, 用Darcy定律确定纤维束间和纤维束内部树脂的流动前沿, 模型中毛细力被忽略。Patel和Lee[8]由实验结果出发, 基于多相Darcy定律, 推导出液态复合材料模塑 (LCM) 过程中气泡形成的模型, 给出了束间和束内气泡含量的计算公式。

4 减少复合材料缺陷的研究

4.1 减少气泡含量Lundstrom等[9]

观察到, 随着真空度的增加, 最大气泡含量及可探测到的气泡区域将减小。表面活性剂的利用和对纤维进行表面处理, 通过减小纤维/基体的接触角, 也可以改善纤维的浸渍效果, 从而减少气泡的含量。但同时要求设备的密封要好, 以防止外部空气进入模腔。Stabler等[10]研究了其它减小气泡含量的方法。他们发现气泡含量降低的条件为模腔表面变化平缓柔和、树脂中的初始气泡含量要低。

4.2 增强纤维浸润性

RTM工艺成型过程中树脂对纤维增强体的浸润是非常重要的, 浸润不好将导致RTM成型复合材料中产生缺陷, 这将降低复合材料的力学性能。为了提高RTM成型过程中树脂对纤维增强体的浸润性, 人们作了大量研究工作。对纤维表面进行处理, 可以改善RTM成型过程中树脂对纤维增强体的浸润效果。

4.3 数值模拟与在线监控技术

RTM的数值仿真模拟虽然在很大程度上可以优化工艺参数, 减少缺陷的产生。然而在实际生产中, 由于织物材料中的杂质、铺层顺序、边缘的裁剪及在模具中的铺敷不当等引起局部渗透率、纤维体积含量的变化以及模腔壁与预成型体间的优先通道, 要真实地模拟这类变化则较为困难;此外, 实验规模的实验通常是在较为理想的条件下、特定形状的模具中进行, 与实际生产存在一定的差距, 而与实验有较好吻合的理论预测模型对实际生产的预测亦可能存在一定的差距。因此, 在RTM的数值仿真模拟基础上进行实时在线检测以采取相应的措施是最为实际、有效的方法。

5 结语

本文主要介绍了复合材料RTM工艺中所存在的缺陷问题以及国内外专家学者所进行的大量的理论和实验研究。目前的RTM复合材料缺陷研究主要集中在注塑时的气泡产生和纤维的浸润性方面。实验研究表面, RTM工艺过程中气泡排放不充分, 会造成材料内部存在大量的密集孔隙;如果注胶过程中, 纤维浸润树脂不充分会造成局部缺胶和干斑。本文针对复合材料叶片出现的缺陷进行了研究, 希望能对其缺陷的排除起到积极作用。

参考文献

[1]李柏松等, RTM缺陷形成机理的研究, 云南大学学报2002 24

[2]Williams, J.G., Morris, C.E.M., Ennis, B.C., Liquid flow through aligned fiber beds, Polymer Engineering and Science, June1974, Vol.14, No.6, pp.413-419;

材料缺陷 篇2

一、明确职责1．区人口计生局职责：结合本地实际制定本辖区项目实施细则；成立项目技术指导组；指定专人负责项目管理工作，包括健康教育、人员培训、药品管理和发放、信息收集整理、上报和监督指导等工作；负责制订本辖区叶酸需求计划，按计划分配下拨，保证叶酸供应；负责指导督促叶酸发放和科学服用工作，提高服务率和服用效果；按要求定期上报项目相关数据并抄送同级卫生局。2.区计生服务站职责：做好叶酸入库登记、库存、管理与发放工作，按区人口计生局年初制定的叶酸分配计划下拨各街道计生办，并将下拨信息上报区人口计生局。3.各街道计划生育办公室职责：结合婚前保健、孕前保健、孕期保健、婚姻登记、生育证等多种途径审核宣传员上报的叶酸需求计划。负责将叶酸分发到各村(社区)计划生育宣传员手中；指导村级(社区)计生宣传员规范科学发放叶酸，并对村级(社区)组织发放工作进行监督；收集和按时报送相关报表；辖区内高危待孕妇女叶酸的发放和管理。4.村(社区)计生员宣传职责：负责宣传“增补叶酸预防神经管缺陷项目”及相关知识；了解本村(社区)育龄妇女的孕育状况，提供免费服务对象名单(需求计划)；按要求对目标人群进行免费叶酸的发放、指导、科学服用和随访，登记建档，完成有关叶酸发放和服用信息的收集、整理和上报；对目标人群服用叶酸后的妊娠结局进行随访和上报；了解、上报高危待孕妇女信息，并加强随访、监督和登记。

二、规范程序1.普通人群叶酸的发放、登记和随访村(社区)计生宣传员收集辖区内准备怀孕的妇女信息，确定发放对象，入户通知其领取叶酸片，进行健康教育，并签订知情同意书,使服药对象正确了解相关知识，提高叶酸服用率和依从率。按每人每天1片（0.4毫克）发放，保证孕前3个月-孕早期3个月服用量。发放对象每次领取3个月的量，村(社区)计生宣传员对领取叶酸的妇女进行登记，记录领取叶酸的时间、量以及妇女相关信息。村（社区）计生宣传员对领取叶酸的妇女进行随访，每月至少一次，督促妇女按时服用，并将妇女在孕前3个月-孕早期3个月叶酸服用情况进行登记。2.高危待孕妇女叶酸的发放、登记和随访街道计生办项目负责人根据既往高危孕产妇管理记录以及各村上报的信息，对既往生育神经管缺陷胎儿或服用抗癫痫药的高危待孕妇女进行登记。通知待孕妇女到计生办领取叶酸片，进行健康教育，并签订知情同意书。街道项目负责人员按每人每天服用4毫克剂量向高危待孕妇女发放叶酸，保证孕前3个月-孕早期3个月服用量。对领取叶酸的高危待孕妇女进行登记，记录领取叶酸的时间、量以及待孕妇女相关信息，每月进行随访。街道项目负责人员将领取叶酸的高危待孕妇女名单通知所在村(社区)计生宣传员，村(社区)计生宣传员应每周督促待孕妇女按时服用，并将待孕妇女在孕前3个月-孕早期3个月叶酸服用情况进行登记，整理后反馈给乡镇(街道)项目负责人。如果妇女服用叶酸6个月未怀孕，应在医生指导下自行购买继续增补叶酸。

三、信息报送村(社区)计生宣传员负责叶酸发放和服用信息的收集、整理，按月上报给街道项目负责人，负责人按季度统计审核后上报本辖区内叶酸发放和服用信息→区人口计生局统计审核→市人口计生委审核。

材料缺陷 篇3

关键词：缺陷化学；无机非金属材料；研究实例

任何一种材料都具有一定的缺陷，无机非金属材料也不例外，无机非金属材料在制备的过程中，常常会受到许多外界因素的影响，如温度、杂质等，这就会使成品材料的内部存在缺陷。利用缺陷化学理论对这些缺陷形成的原因和规律进行分析，对于非金属材料的制备具有巨大贡献。

1 缺陷化学理论指导无机非金属材料研究的意义

由于任何一种材料都具有一些缺陷，或存在杂质，或具有孔洞，这对其性质方面有很大的影响，有时甚至会通过缺陷产生一种新的材料，所以对缺陷进行研究就显得十分有必要。缺陷化学主要是研究固体物质包括材料之中的微观或者主要是点缺陷的产生原因，以及平衡缺陷，还要研究这些缺陷的存在对于材料本来的性质有那些影响，对缺陷的种类与浓度采取有效的措施进行控制。

无机非金属材料在生产和制备中，经常有因素对其进行影响从而在这些材料中产生点缺陷，对其的性能产生改变，这些材料会因为这些缺陷而具有一些全新的功能。利用缺陷化学原理对固体材料进行指导研究，可以利用缺陷反应的化学方程式去平衡缺陷之间的反应，因为当将点缺陷看成是化学组元，写出关于它们的特殊的方程式之后，可以发现其中存在着平衡常数[1]。通过对这些材料中的缺陷产生的规律进行研究，就可以有效的控制材料中缺陷的种类和缺陷的浓度，为无机非金属材料的研究和应用提供理论指导。

2 利用缺陷化学原理指导功能性材料制备的方法

2.1某种缺陷的类型识别，在ZrO2中参杂CaO从而形成固溶体

在ZrO2之中只需添加少量的CaO就可以形成固溶体，根据电中性对其的不同要求，可以形成不同类型的固溶体。既能够满足电中性需要形成具有氧离子空位型的固溶体，也能够形成满足其另外需求的钙离子填隙型的固溶体，这样就可以根据这个写出来两个关于固溶缺陷方面的方程式[2]。之后可以利用这两个缺陷方程式来计算出他们的密度值，然后将通过计算的出来的密度值和实际测量的到的密度值两者之间进行比较，就可以得出在特定的条件下，哪个缺陷方程式的反应能够发生，正确的方程式是什么，从而确定固溶体的类型。

2.2受气氛影响的CoO研究

因为CoO之中存在钴离子因，它是变价的阳离子，特别容易受到外界因素的影响。通常情况下，由于外界气氛的触动，就会相应的引发其内部的化合价发生不同程度的改变，这样在同一种化合物之中，阳离子就同时存在了两种化合价，这就在其内部产生了点缺陷，也就是非化学计量的化合物。

如果外界当中的氧分的压力比较高，CoO就会发生反应，可能会使一些Co2+发生转变，从而变成Co3+，这样就会发生相应的缺陷化学反应，要想使这个缺陷反应达到平衡，就得到了一个平衡常数。这个平衡常数由反应自由的进行控制，从而可以得到一系列的公式，能够得出作图直线斜率的数值。测定外界中存在的氧分压和在CoO之中，钴离子的空位扩散的系数两者之间的关系，实际测定得出的结果，其直线斜率的数值与之前作图得出的数值相同[3]。这种情况恰恰说明了，利用缺陷化学原理对其进行理论上的分析，可以得到与实验结果相同的结论。

2.3缺陷化学原理研究外界气氛影响TiO2的性能

TiO2这种材料很容易受到外界气氛的影响，有专家学者对其进行了实验，通过实验得到了这样的结果，如果在外界气氛是强氧化的情况下，对TiO2材料进行烧结，所获得的介质材料是具有金黄色的，但是如果在外界气氛是还原的情况下对材料进行烧结，得到的介质材料呈现的却是灰黑色的，这是一种具有半导体的性质的特殊材料，它其实是n型的半导体材料。如何解释在不同的外界气氛情况下，对材料烧结会得到完全不同性质的材料，缺陷化学可以在其中发挥相应的作用。

钛离子其实本身具有两种不同的价态，一种是四价钛，另外一种是三价的钛。如果TiO2处于缺少氧气的状态之下，就会可能出现这种情况，一些四价的钛会转化成三价的钛，这个缺陷反应可以简化成这样表示：Oo=Vo+?O2↑+2e。根据质量守恒定律对其进行平衡时，保持晶体材料中的氧离子的浓度不发生改变。在这个过程中发现氧空位的浓度和氧分压的濎次方是呈现反比例增长的。如果外界存在的氧压力逐渐变大，那样氧空位的浓度就会相应的变小，所以在强氧化的气氛下对TiO2进行烧结，就得到了金黄色的介质材料。而外界是还原的气氛，氧压力不足，就会得到灰黑色的半导体材料。

总结：

通过缺陷化学理论对无机非金属材料进行研究，对于固溶体的研究和对非化学计量的化合物在研究方法上存在不同，但是都能够通过理论分析得出印象缺陷产生和缺陷浓度的控制因素。在实际的研究过程中，利用缺陷化学理论进行研究的方法多种多样，本文只是通过几个例子对其进行简要的分析。利用缺陷化学进行研究的前景还很大，相关的研究学者和专家应该加大研究的力度，为无机非金属材料的制备做出贡献。

参考文献：

[1]林枫，刘剑虹，王超会.无机非金属材料专业实验教学体系的整体优化[J].高师理科学刊，2007（1）：96-98.

[2]宋晓岚，杨华明，王海东，胡岳华，邱冠周.无机非金属材料专业创新人才培养的教学体系优化与实践[J].理工高教研究，2007（2）：91-93.

[3]中国中材集团有限公司副总经理于国波.加快新型无机非金属材料产业发展

构筑建材行业崭新的未来[N].中国建材报，2013（12）：1-10.

材料缺陷 篇4

1 瓷砖

1.1 瓷砖的分类、特性及检验方法

1.1.1 瓷砖的分类

瓷砖可分为:抛光砖、釉面砖、通体砖、微晶砖。

1.1.2 瓷砖的简易检测方法

1) 看表面:与光线成不同的角度去观看瓷砖的表面, 好的砖面应无杂点、针孔、表面不平等缺陷, 好的砖面应干净平滑、视觉舒适, 不会造成光污染。2) 看坯体、看断面:坯体白净无杂质;好的砖断层处颜色均一, 无黑心、夹层现象。3) 听声音:用硬物轻击砖面, 质量好的产品声音清脆响亮, 瓷化程度高;反之声音闷哑则表明砖的质量不好。4) 试吸水率大小、试防污:好的瓷砖吸水率低, 釉面不渗透, 化妆土能有效防止返渗, 防污性能强。5) 试防滑:地砖需要防滑效果好, 好的地砖亮而不滑, 遇水发涩。可用手触摸感觉, 用脚试验干防滑和滴水后的湿防滑效果。

1.2 瓷砖铺贴施工的注意事项

瓷砖铺贴前应进行挑选, 并应浸水2 h以上, 晾干表面水分 (严格按此要求操作可充分满足花纹拼接、留缝大小等设计要求, 并减少空鼓率) 。铺贴前应进行放线定位和排砖, 非整砖应排放在次要部位或阴角处。每面墙不应有两列非整砖, 非整砖宽度不宜小于整砖的1/3 (严格按此操作可对每面墙的用砖量有效控制, 并能把握非整砖使用时的美观度) 。铺贴前应确定水平及竖向标志, 垫好底尺, 挂线铺贴 (严格按此操作可保证铺贴效果的平直) 。结合砂浆宜采用1∶2水泥砂浆, 砂浆厚度宜为6 mm~10 mm。水泥砂浆应满铺在墙砖背面, 一面墙不宜一次铺贴到顶 (严格按此操作能保证粘贴的牢固程度, 防止空鼓塌落) 。铺贴完毕后应及时清理表面, 24 h后及时勾缝 (严格按此操作可防止渗脏, 并保持水分) 。

1.3 瓷砖一般质量缺陷及防治措施

1) 同一面墙上出现两条小于1/2宽度的砖, 影响观感。原因分析:施工前没有排砖, 或处于成本考虑, 用了小条砖。预防措施:施工前做好排砖试铺, 依据各个房间尺寸, 数量统筹安排, 整体铺装方案规划, 能有效降低材料损耗率。

2) 墙面瓷砖出现不同程度的龟裂现象, 并且反复出现。原因分析:材料问题。解决办法:材料采购时注意选样, 凤阳, 选择合格产品, 进行抽样检测, 检测合格后方可上墙。

3) 墙砖阳角采用对拼角施工, 拼角处容易崩瓷, 开裂, 受撞击后掉碴。原因分析:由于磕碰或者温度、沉降, 特别是管道井位置等变形导致阳角处开裂, 且此处维修困难。解决办法:采用成品阳角线, 降低施工难度, 维修成本。

4) 墙砖慎用玻化砖, 容易造成空鼓和脱落, 玻化砖和水泥砂浆粘结效果较差, 墙面砖避免选择玻化砖, 使用收缩性较小的水泥品种, 同时加入建筑胶。瓷砖墙面, 地面及踢脚线不对缝, 影响美观。原因分析:正常施工顺序为先墙后地, 在施工中未严格控制或者中途更换操作人员, 未充分考虑地面特殊情况。预防措施:施工前应排砖撂底, 根据具体情况调整, 尽量使装饰材料幅宽一致, 观感完整。

2 橱柜、收纳

2.1 橱柜的分类、特性

橱柜组成, 一般分为台面, 柜门板, 柜体板, 五金件。

1) 台面分类:人造石、天然石、不锈钢、防火板。2) 柜体板基材的分类:刨花板, 中密度纤维板。3) 门板的分类:实木、烤漆、吸塑、双饰面板、水晶板。实木门板:价格高、易变形。烤漆门板:价格高、易划伤, 难修复。吸塑门板:品质差异大、广泛应用。双饰面板:质量稳定、经济实惠、广泛采用。

实木门板:国内销售的很多实木门板是从德国和意大利进口的, 材料本身以及人工、运输、关税等因素, 所以材料本身价格昂贵。国产的实木门板的品质难以达到高档橱柜使用的标准, 因为其中实木干燥、定型的工艺以及是否有精密的加工设备都是影响质量的关键因素。其中表面处理是薄弱环节。如果木头处理不好, 门板很容易变形、开裂、发黄等等, 使用不了多久就会变的很难看。实木门板的表面处理一般使用的是油漆, 油漆本身是毒性相对比较强的物质, 用在厨房里并不是非常合适。或者对油漆的要求会很高, 但是国产实木门板的油漆是很难保证环保的, 所以使用这种门板的健康性质要仔细考虑一下。再就是实木门板常用混水或清水漆作为常规工艺, 以油漆作为表面处理, 总是对“油烟”特别敏感。中国人的生活习惯需要开油锅, 以炒、煎、炸为主要烹饪方法, 油漆表面粘上油烟后, 在日常的擦抹中会造成面目全非的必然后果。

烤漆门板:在国外烤漆门板喷的是环保的UV漆, 造价非常昂贵, 每延米价格在8 000元~9 000元左右。国产中密度基材一般都难以达到国际新版本的甲醛释放量的环保标准, 而表面使用的油漆品牌产地更加难以判断, 但是小橱柜品牌普遍存在“降低成本”的观念, 完全可以预判, 使用欧美进口的环保油漆几乎没有可能。国内的烤漆用的油漆的质量都不是很好, 天长日久就会发黄, 而且烤漆门板在油烟的污染下, 在很短的时间内就会使其变色, 光泽也会逐渐消失。烤漆门板的表面很容易划伤, 平常的衣服摩擦、抹布的擦拭, 或者家中物品的轻微磕碰都会给门板光洁的表面留下痕迹。影响烤漆门板的价格因素有很多:油漆、中密度板、加工工艺不同对烤漆门板的价格有主要影响。在国外大型厂家经过精密的铣型后, 进行双面烤漆, 采用进口漆, 11遍烤漆处理, 质量好, 不褪色, 完全符合环保标准。

PVC吸塑门板:吸塑门板基材均为中密度板, 可根据需求在门板表面镂型;吸塑后可包覆四边无需再进行二次封边;吸塑门板价格与表面PVC膜密切相关;主要分为国产膜、台湾膜、韩国膜、德国膜, 用于橱柜的厚度为0.6 mm~1.2 mm。

双饰面板:双饰面板是一种复合型的装饰板, 它是在刨花板的基材上覆盖一层经过特殊处理的、具有抗划刻、耐酸碱的表层 (三聚氰胺浸渍纸, 约0.2 mm) , 然后再在三聚氢胺纸的表面上贴一层带颜色的装饰纸, 简称MFC。MFC具有一定的耐磨、耐腐蚀性能, 颜色种类繁多, 适合橱柜色彩组合的变化。国内主要品牌:露水河、大亚。

2.2 橱柜安装施工注意事项

台面支撑采用满衬25 mm厚基层板, 水槽台上安装人造石切割转角处应为圆角不允许有直角弯或切割过渡情况, 衬板能够有效支撑, 对于台上盆衬板开口边缘距台面开口边缘不大于20 mm, 对于台下盆衬板开口边缘距台面开口边缘不大于50 mm, 如水槽采用台下安装内边需倒角。安装验收水槽底部挂50 kg重物1 h, 不得有拉裂痕迹。把手不宜选择尖锐、凸出的产品类型, 容易对使用者造成伤害, 应采用内嵌式把手或者选择钝角或钝边的产品类型。避免安装高度在经常触碰范围内使用尖锐边角五金。卫生间镜前柜和橱柜湿度大、酸碱度高, 五金件极易生锈断裂、脱落;需要注意采用品牌不锈钢五金件。

玄关位置固定家具需要满足换鞋存放要求, 主要缺陷为空间局促, 更换鞋子无处存放, 如果空间允许, 加大玄关柜进深, 如果空间不满足, 则应将隔板设计为斜板。衣柜安装要合理设计, 避免出现挂衣深度不足使用尴尬的情形, 不过目前衣柜设计技术比较成熟, 基本上不会出现上述问题。

3 室内木门

3.1 木门的分类

木门主要分为:实木门, 模压门, 实木复合门, 夹板装饰门。

3.2 木门安装注意事项

相邻室内门洞口标高要一致, 避免出现室内门套线高度不统一影响观感。避免采用入墙式推拉门;卫生间门套容易吸水返潮, 封口线发霉, 因此要对封口线做防潮处理。慎用玻璃门, 如必要时采用钢化玻璃材质。如果室内门规格不一致, 尽量采用副框统一尺寸, 避免因成品门规格不一而导致安装周期加长, 增加施工难度;依据门的重量合理选用合页, 防止使用中脱落。

4 石材

4.1 石材的分类

石材主要分为:花岗石, 大理石, 砂岩, 板岩。

4.2 石材施工注意事项

因天然装饰石材是天然产品, 每一块板材其花纹、色泽特征都不会一致, 必须通过拼花 (色) , 使花纹、色泽逐步延伸、过渡, 才能做到整体色泽调和。拼好花 (色) 后, 应立即进行编号, 以便安装时按号就位。编号可用粘贴签条或用木材蜡笔直接写在板面上, 但切忌使用液体彩笔在石材板面上涂写记号, 以防止有色液体渗入石材中, 留下擦不掉的痕迹。实施地坪安装时, 先将地坪用清水泥浆涂抹一层, 然后用1∶2.5水泥砂浆作底层, 并夯实、校平, 再浇上清水泥浆后把石材贴实。水泥砂浆基层的厚度最好不薄于20 mm, 在铺好石材后8 h内不要有人走动或压重物等, 以免产生空壳和高低不平。

5 木地板

5.1 木地板的分类

木地板主要分为:实木地板, 实木复合地板和强化复合地板。

5.2 木地板铺设注意事项

1) 地面含水率不超过10%;否则地面应进行防潮处理, 防潮处理方式可采用涂刷防水涂料或铺设塑料薄膜;地面平整度应满足铺装要求, 用2 m靠尺检测地面平整度小于2 mm;墙面同地面的阴角处在200 mm内应互相垂直、平整, 不平度1 mm/m, 超过误差部分须用水泥或快干粉进行找平;铺设地板的走向通常与房间行走方向相一致, 自左向右逐排铺装凹槽向墙, 与墙之间放入木楔, 保证缝隙在8 mm~12 mm之内。

2) 收口过桥安装, 在房间、厅、堂之间接口联接处, 强化地板幅面宽超过5 m必须切断, 留足伸缩缝, 用收口条衔接。实木复合地板可10 m切断, 这样铺设的优点是:可减少地板消耗, 不易变形, 方便维护。

3) 踢脚板安装, 选购踢脚板的厚度应大于1.2 cm, 安装时地板伸缩缝间隙在8 mm~12 mm内。安装踢脚板务必把伸缩缝盖住。若墙体和地基不平出现缝隙, 则必须将墙体装饰补缝。

材料缺陷 篇5

大力提高出生人口素质是新时期新阶段统筹解决人口问题的重要任务之一。近年来，我区坚持以科学发展观为指导，紧紧围绕以人为本，以群众需求为宗旨，以群众利益为目标，以群众满意为标准，把推进出生缺陷干预工作、提高出生人口素质作为为群众提供优质服务的突破口，作为“着力关注民生，打造和谐计生”的重要抓手，摆上重要议事日程，列入各级党委、政府的重要工作职责，按照“政府主导，部门联动，规范运行，注重实效”的思路，积极构建有效预防出生缺陷的工作机制，并取得了明显成效，我们的做法是：

一、因势利导，强化宣传，营造浓烈的工作氛围

2003年10月1日新的《婚姻登记条例》取消了对婚检的强制要求后，我区自愿接受婚前医学检查的人数大为减少，在失去了出生缺陷干预的第一道防线后，出生缺陷出现了上升趋势，出生缺陷的上升，不仅使出生缺陷和残疾日益成为影响人口素质的重要因素，同时也给其家庭和社会带来了沉重的负担。大力宣传和普及预防出生缺陷科学知识，实现计划生育生殖健康，加强婚前咨询和指导，开展婚前和孕前保健已迫在眉睫，我们在全区范围内通过三个途径来强化宣传，统一认识。第一，以会议部署来统一认识。区、镇（街道）两级层层召开工作部署会、宣传动员会，深入宣传开展出生缺陷干预工作的目标、意义和重要性，对开展出生缺陷干预工作进行全面部署，消除广大干部群众的认识盲区，以认识的大统一来保证工作的大投入。第二，以知识普及来统一认识。通过举办培训班、知识讲座、发放宣传资料等形式，把宣传教育工作渗透到各个领域，把知识普及到各个层面。区人口计生部门还深入到有关镇（街道），通过人口学校、集市向广大群众宣传出生缺陷干预知识。向相关参查对象发放宣传折页，全面介绍出生缺陷发生的原因、危害和预防措施，宣传开展产前筛查、孕前检查的重要性，取得了明显的社会宣传效果。第三，以舆论宣传来统一认识。我们在区有线电视台开设“人口与优生”专题，大力宣传出生缺陷干预知识。同时安排专家走进电视直播室，向全区广大群众宣传实施出生缺陷干预工程的意义、做法和具体要求，区人口计生委还在区指导站举办出生缺陷图片展，进一步增强广大育龄群众的优生意识和自我保健意识，营造了有利于开展出生缺陷干预工程的良好环境。

二、突出重点，狠抓关键，积极推进出生缺陷干预体系建设

1、推行免费婚前健康检查。

面对婚检中出现的新情况，我们在认真调

研的基础上，自今年起，在全市率先推行以政府买单、群众自愿参与为主要内容的免费婚前健康检查制度。经过招标，高港人民医院成为全区免费婚前健康检查的定点医院。婚前健康检查的目标疾病主要包括：性传播疾病、传染病、严重遗传性疾病、精神疾病、男女生殖器疾病等。为了方便群众参检，区人口计生委还专门向婚检点派驻了一名工作人员，具体负责婚检宣传、引导等服务。自新制度实施以来，全区新婚夫妇婚前健康检查意识渐浓，检查率稳步上升。仅此一项，区财政将每年新增支出近20万元。

2、推进三级干预服务。

一级干预：通过计划生育服务网络，广泛开展优生优育指导、出生缺陷发生及预防知识的宣传教育，提高群众对出生缺陷干预相关知识的知晓率；

以规范的技术方法开展妇女孕前弓型虫和风疹病毒的抗体检测；

在高危人群中开展外周血染色体检查；

积极提倡并推广妇女孕前、孕期服用福施福、叶酸等孕妇营养素，减少出生缺陷的发生；

二级干预：定期对孕期在14-20周以内的孕妇开展以唐氏综合征为主的出生缺陷筛查，将筛查出的高危孕妇转诊到指定医院进行确诊，对确诊的缺陷儿在征得孕妇及家属同意后终止妊娠，达到减少缺陷活产儿出生的目的；

三级干预：在胎儿出生后，动员新生儿父母发现疾病及时让新生儿接受筛查、治疗。对发现出生缺陷的0-3岁婴幼儿动员其到指定医院进行矫正和治疗,并建立出生缺陷信息系统，进行跟踪随访服务，提高患儿的生活质量。在胎儿出生后，动员新生儿父母发现疾病及时让新生儿接受筛查、治疗。

3、完善三级服务网络。

在全区建立健全完善的区、镇（街道）、村（居）三级出生缺陷监测与干预网络。一是区级监测与干预。由区人口计生委负责，抓好宣传教育，采取多种形式向新婚、待孕、已孕育龄妇女，宣传出生缺陷的预防、遗传优生、生殖健康教育及孕期保健等相关知识；

利用区、镇（街道）计划生育技术服务机构认真开展咨询服务，设立咨询电话，做好优生咨询工作；

协调卫生、民政等相关部门畅通渠道，做好信息收集、汇总、分析和反馈工作；

建立病残儿家庭监护档案，对符合照顾再生育对象进行优生指导。依法开展自愿转诊彩色超声诊断、胎儿体表畸形及某些先天性代谢缺陷等疾病的监测和干预工作，提高生殖健康和孕期保健服务水平。二是镇（街道）级监测与干预。由各镇（街道）计生办负责，定期开展有关出生缺陷及遗传优生咨询活动，指导村（居委会）计生员对新婚人员进行新婚及优生优育知识教育；

对育龄妇女进行婚、孕、产前、产后全程随访服务，掌握出生缺陷的发生情况和动态变化，及时向区人口计生委反馈信息；

倡导育龄妇女在规定时间内到本镇（街道）服务站参加出生缺陷三级预防。三是村（居）级监测与干预。由村（居委会）计生员负责，协助镇（街道）计生办向本辖区内的育龄群众发放宣传材料，倡导依法申请结婚的当事人进行婚前健康检查，倡导待孕育龄妇女到本镇（街道）计生服务站正确使用优生营养素，倡导已孕14-20周的育龄妇女到本镇（街道）计生服务站参加唐氏综合征的筛查，收集并上报各类信息。

三、立足干预，着眼结合，全面推进人口和计划生育工作

在实施出生缺陷干预的基础上，我们坚持做到“四个结合”：

1、坚持将出生缺陷干预工作与加强孕情管理、治理出生人口性别比偏高问题相结合。

出生缺陷干预服务的对象是全部新婚、待孕和已孕妇女，同时他们也是出生人口性别比偏高问题综合治理的重点对象。因此，我们把出生缺陷服务与加强孕情管理、治理出生人口性别比偏高问题相结合，既是现实工作的客观需要，也是工作内在规律的必然要求。我们实行工作内容的一体化。坚持把定期孕情检查和随访与出生缺陷知识宣传、咨询指导以及孕前筛查等出生缺陷干预服务相结合。实行工作目标的一体化。提高出生人口素质，改善出生人口结构是新时期统筹解决人口问题的主要目标和重要任务，也是人口和计划生育工作整体目标的重要组成部分，有着共同的工作目标，工作中，我们坚持工作目标一同下达，工作措施一并部署，有力地推动了各项工作的开展。

2、坚持将出生缺陷干预工作与加强和改善人口和计划生育信息管理相结合。

为推进出生缺陷干预工作，8月份，我区开展了出生缺陷干预对象的信息核查工作，为新婚、待孕、已孕妇女建立健全了信息档案，为出生缺陷干预工作提供了充分的信息支持和保障。同时，通过开展出生缺陷干预服务，能准确掌握孕情，及时反馈给信息系统适时变更，有效提高了信息的准确率、上报的及时率。年内，我区还将根据出生缺陷干预工作深入持久推进的需要，进行出生缺陷干预信息系统的开发，积极实现出生缺陷干预工作和信息管理的深度融合，真正做到相互促进，共同完善。

3、坚持将出生缺陷干预工作与计生惠民工程相结合。

能否生育一个健康的孩子，事关一个家庭的幸福和谐，而出生缺陷干预工作正是通过有效干预手段预防和减少出生缺陷发生，从而造福于每一个家庭。因此，我区坚持把出生缺陷干预工作作为人口和计划生育惠民行动和“生育关怀”计划的重要组成部分，科学规划，统筹实施。

4、坚持将出生缺陷干预工作与先进技术应用和推广相结合。

出生缺陷特别是以产前筛查、产前诊断为主要内容的二级干预需要先进的技术手段作支撑。今年，我区加强了与国内拥有先进检测技术厂家的合作，引入了唐氏综合症筛查设备和检测技术，有效推进了产前筛查工作的开展。下一阶段，我区将根据出生缺陷干预工作向深度拓展的需要，进一步加强与国内相关科研机构以及医疗机构的联系和协作，加快引入产前筛查检测手段和技术，不断提高产前筛查和产前诊断的水平。

四、加强领导，落实责任，确保出生缺陷干预工程的顺利实施

区委、区政府把提高出生人口素质工作作为各级党政一把手亲自抓的内容，坚持做到“四个到位”。

一是统筹规划到位。区政府成立了以分管区长为组长，计生、卫生、民政等部门负责人为成员的领导小组，下设技术指导小组，加强对出生缺陷干预工程的领导和协调。区将出生缺陷干预工程列入人口和计划生育目标进行考核，并先后出台了《关于提高出生人口素质的意见》等一系列文件。区政府多次召开工作部署会、相关部门协调会，区人口计生委出台了工程实施方案，从目标人群的确定、具体时间的安排、技术力量的配备、工作职责的明确等方面都作了明确规定，为工程的开展提供了有力的组织保证。

二是协调配合到位。重点协调计生与卫生等相关部门的配合，促使他们在各自的职能范围内承担起优质服务的责任。同时，组织相关部门广泛在育龄群众中开展计生优质服务宣传咨询活动，为开展优质服务营造良好舆论氛围。

三是经费保障到位。经费投入是工程顺利实施的有力保障，我区将免费婚前健康检查及出生缺陷干预工程的经费作为专项经费纳入财政预算之中，确保了出生缺陷干预工程项目的顺利进行。

材料缺陷 篇6

碳纤维复合材料 (CFRP) 具备极佳的综合性能, 诸如高比强、高比模、耐高温、耐磨、耐疲劳、热膨胀系数小、尺寸稳定性好等优良的综合性能, 目前在航空航天、军工、汽车等领域中得到了广泛的应用[1,2]。预计2015年我国大飞机碳纤维复合材料用量达到25%, 对碳纤维的需求量约2 500 t[3]。目前, 碳纤维复合材料大多采用多向铺层的叠层工艺方式制造成型[4], 在钻孔加工过程中, 由于切削力、切削温度及材料本身性能影响, 加工后孔表面质量不易保证, 经常会出现分层、撕裂、毛刺等加工缺陷, 并且使用传统刀具材料时, 刀具易磨损, 寿命低, 而使用PCD刀具钻削加工碳纤维复合材料时, 不但能够获得良好的加工质量, 而且刀具寿命长。

本研究提出的钻削试验采用DM2500M金相显微镜、KEYENCE VHX-1000三维显微系统以及DECK-EL MAHO DMU 50 evo linear五轴加工中心, 加工中心的刀具夹持系统为HSK-A63, 试验材料为碳纤维增强双马树脂基复合材料 (T300) , 外形尺寸长200 mm×宽80 mm×厚3.5 mm长方型板材。试验主要分析碳纤维复合材料钻孔加工的主要缺陷分类及原因, 以及切削参数对加工质量的影响。

1 碳纤维复合材料孔加工主要缺陷

1.1 孔加工的主要缺陷分类

碳纤维复合材料在钻削过程中会出现各种加工缺陷, 其示意图如图1所示。

这些缺陷主要可分为两类缺陷: (1) 孔的尺寸精度、位置精度不合格, 圆度超差等几何缺陷, 如孔形不圆、孔的尺寸收缩, 这些缺陷在金属材料制孔中也会存在; (2) 孔出、入口处的纤维劈裂或撕裂, 孔内壁周围材料分层以及孔壁表面的微裂纹等碳纤维复合材料制孔时存在的特有缺陷, 这也是碳纤维复合材料制件连接和装配中导致报废的主要原因。

孔口处是这些缺陷出现的主要部位, 一般来说钻孔入口的撕裂、毛刺现象较出口处的撕裂毛刺程度小, 碳纤维复合材料钻孔出口缺陷主要由撕裂和毛边两部分组成;其中撕裂一般比毛边的尺寸大, 而且在构件实际使用中的负面影响也比较大, 所以对孔口缺陷的研究以撕裂为主。撕裂的形成过程包括两个作用阶段, 即横刃作用阶段和主切削刃作用阶段, 其中横刃作用在撕裂形成中占主导成分[5]。毛边缺陷是指在孔边缘部分存在的未完全切断的表层纤维, 通常出现在材料表层纤维被切削的孔边缘部分。

通过钻削试验的观察可见, 毛刺缺陷分布呈现一定的区域性, 毛刺、撕裂缺陷照片如图2所示。根据碳纤维复合材料的切削机理可知, 这种区域性特征是由于切削时纤维角的不同造成的。从图2得出, 毛刺、撕裂出现的区域与纤维的角度有很大关系。碳纤维复合材料钻削过程中, 假设“顺剪”时纤维角为锐角, “逆剪”时纤维角为钝角, 则钻头旋转一周, 钻头主切削刃处于“顺剪切”→“逆剪切”→“顺剪切”→“逆剪切”的周期性变化。所以“顺剪”切削时, 纤维不容易被切断形成毛刺撕裂缺陷, “逆剪”切削时, 材料容易被切断, 无毛刺或较小毛刺撕裂缺陷产生。

1.2 钻孔缺陷的原因分析

1.2.1 钻削力

在制孔过程中, 当钻头切入复合材料时, 主切削刃首先使纤维剥开, 然后把它切断, 这种剥离对孔的入口端最外层材料的影响最大, 当纤维被剥离开时, 钻头的切削刃必须同时切断纤维, 假如不能全部切断或者所要求的切削力超过基体树脂的强度, 就会产生开裂并沿着表面层纤维的取向扩展, 这正是孔的入口处出现劈裂的原因[6]。

由于钻削过程中轴向力始终施加在材料表面上, 使得复合材料层压板各层沿厚度方向依次受到一种拉力, 从而在孔壁周围材料层中产生一定的层间应力, 这种层间应力过大, 则易出现分层。同时在碳纤维复合材料的钻削过程中, 钻削力是周期性变化的, 周期性变化的轴向力必然使得孔壁周围材料承受交变应力, 进而增加分层的可能性, 一般作用在层合板上的轴向力越大, 层间法向拉伸正应力就越大, 因此出现分层的可能性也就越大。对碳纤维复合材料钻孔在钻出过程中, 随着待切削材料层不断减少, 钻孔处刚性不断下降。当钻头横刃首先接触到外层纤维时, 即相当于给这一层材料施加了一个与其他纤维层分开的推力。由于横刃具有负前角而不锋利, 孔出口端最外层纤维不是立即被切断, 而是在轴向力作用下向外退让, 此时最外层纤维可能与基体撕开, 造成出口撕裂[7]。

1.2.2. 刀具的锋利性

毛刺主要是由于钻头的切削刃锋利性差决定的。切削刃锋利性差在造成钻头切削性能下降的同时, 也会导致钻削力的增大, 所以切削刃的锋利性差也是造成毛刺、撕裂、劈裂缺陷的主要原因之一。

因此刀具切削刃的锋利性成为钻削高质量孔主要影响因素;由于PCD刀具的切削刃可以刃磨的很锋利, 很适合加工复合材料[8,9]。分析试验加工孔的孔壁质量大都符合复合材料的加工质量要求, 主要缺陷出现在孔出口处, 特别在较低转速下孔口毛刺撕裂现象较为严重。

1.2.3 钻削温度

钻削碳纤维复合材料时, 随着刀具与工件接触部位的温度产生并增高, 由于纤维、基体两种组分的热膨胀系数不同, 在切削过程中产生热应力, 受到热效应的几何边界层将会产生应力集中, 产生局部应变, 从而引起分层撕裂等缺陷, 导致刀具的快速磨损, 并可能损伤复合材料的性能[10,11]。

从以上分析可知, 钻削力是影响碳纤维复合材料制孔质量的重要因素, 是引起分层缺陷和孔口缺陷的主要原因。在钻削过程中, 钻削力越大, 分层与撕裂的可能性及破坏的范围越大。

2 切削参数对加工质量的影响

2.1 钻削速度对孔口缺陷的影响

在使用PCD钻头钻削碳纤维复合材料时, 主轴转速与孔的出口撕裂、毛刺因子的关系图如图3所示。可以看出, 随着主轴转速的提高, 加工孔出口的撕裂与毛刺因子呈下降趋势;并可以看出, 试验中孔口质量在n=10 000 r/min时出口毛刺、撕裂程度最小;在较低转速下, 孔口处的撕裂、毛刺缺陷较大, 故用PCD钻头加工复合材料时宜在中、高速转速下进行, 高转速下钻头切削刃更易切断纤维, 可以得到更高质量的钻孔。

2.2 进给速度对加工质量的影响

在转速为8 000 r/min的情况下, 进给速度不同时, 研究者使用PCD钻头加工的碳纤维复合材料孔口形貌图片如图4所示。

(vf=200 mm/min)

从图4中可以看出, 随着进给速度的增加, 孔口的毛刺现象有明显增大的趋势。进给速度是影响钻削轴向力的大小的主要因素, 这就说明钻削轴向力对钻孔出口质量有较大的影响。通过进一步观察可以发现, 进给速度的变化与加工孔口的毛刺大小变化基本呈正比例关系。并且通过对比钻孔的进口与出口形貌可以发现, 钻孔的入口处几乎没有毛刺、撕裂等缺陷, 毛刺、撕裂缺陷主要集中在出口部位。

为了进一步分析不同加工参数下孔口的加工质量, 本研究利用VHX-1000型超景深显微镜对不同加工参数的制孔出口表面进行观测, 其结果如图5所示。

可以看出, 随着进给速度增大, 孔口处的毛边现象越来越严重, 不同的加工参数, 加工后的出口表面质量亦不同。孔口的加工质量与切削参数有着密切的关系。

3 结束语

本研究通过试验主要分析了碳纤维复合材料孔加工的主要缺陷分类与原因, 以及切削参数对加工质量的影响, 研究结果表明, 孔口处是碳纤维复合材料钻孔加工缺陷出现的主要部位, 并呈现一定的区域性;钻孔毛刺、撕裂缺陷主要集中在出口部位, 入口处几乎没有毛刺、撕裂等缺陷;钻孔孔口处的毛刺、撕裂缺陷受进给速度Vf和主轴转速n影响, Vf越大, 撕裂、毛刺程度增大;在较低主轴转速下, 钻孔出口质量较差, 故用PCD钻头加工复合材料宜在中、高转速下进行, 高转速下钻头切削刃更易切断纤维, 可以得到质量更好的钻孔;高速下毛刺、撕裂现象明显减少。

参考文献

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[7]古托夫斯基.先进复合材料制造技术[M].北京:化学工业出版社, 2004.

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[9]刘红, 梁华, 蒋兰芳.车灯支架的模态分析[J].轻工机械, 2013, 30 (4) :37-39.

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材料缺陷 篇7

关键词：焦散线,冲击载荷,裂纹缺陷,动态应力强度因子,动态断裂韧度

天然岩体中存在着大量的节理、层理、孔洞等缺陷,在动态载荷作用下,介质往往由于缺陷所处的位置和角度的不同而表现出不同的断裂特性;因此,研究冲击载荷作用下多缺陷介质中,缺陷的位置及其缺陷间的相对角度对材料动态断裂特性的影响具有重要的现实意义。很多学者对这方面进行了研究。边亚东[1]运用透射式焦散线方法对含双平行o裂纹有机玻璃试件进行三点弯曲断裂破坏实验,分析了预制裂纹的位移以及间距对裂纹扩展的影响。赵艳华[2]利用有限元数值模拟方法,根据已有的公式推导出一般跨高比时裂纹尖端T应力表达式。姚学锋[3]将焦散线方法与动光弹方法结合,对含偏置裂纹梁进行了三点弯曲实验,分析了偏置距离与梁长度一半的比值对裂纹扩展行为的影响。杨仁树[4]采用焦散线方法对含不同角度斜裂纹材料动态断裂行为进行了研究,分析了主裂纹以及次裂纹的扩展行为。林鹏[5]根据材料中缺陷的尺寸提出了裂纹和空孔的临界值,并对其进行了数值模拟,研究缺陷尺寸对材料强度的影响。黄明利[6]对三点弯曲实验中,偏置裂纹的位置对材料断裂模式的影响进行了分析。贾敬辉[7]采用数值模拟方法对含偏置裂纹三点弯曲梁进行研究,分析了两种断裂模式变换时所对应的偏置边裂纹的位置。肖同社[8]运用焦散线方法对含节理缺陷介质动态断裂特性进行了研究。岳中文[9]运用焦散线方法对爆炸应力波作用下含边界斜裂纹介质动态断裂行为进行了研究,得到了拉应力是斜裂纹起裂扩展的主要原因。李清[10]分析了含单裂纹和双裂纹梁在冲击载荷作用下裂纹的扩展以及裂纹尖端应力强度因子等参数。这些学者对含边裂纹试件动态断裂行为进行了研究,然而对既含边裂纹又含内部裂纹缺陷的多裂纹缺陷材料的动态断裂行为的研究还存在很多不足,尤其对多裂纹缺陷材料中裂纹缺陷的相对角度对材料断裂行为的影响问题研究尚鲜有报道。

因此,本文采用焦散线方法研究了含内部裂纹缺陷和边裂纹缺陷的试件在冲击载荷作用下的动态断裂行为,分别从断裂路径、裂纹扩展速度和动态应力强度因子等方面对相互垂直和共线两种裂纹缺陷情况进行了比较和分析。

1 实验描述

采用有机玻璃研究含多裂纹缺陷介质的动态断裂机理,因为有机玻璃是光学同性材料,且具有较高的光学常数,能产生单焦散线,易于进行焦散线实验,其动态力学参数:纵波波速cp为2 320 m/s,横波波速cs为1 260 m/s,动态弹性模量Ed为6.1 GPa,动态泊松比υd为0.28,光学常数ct为-0.80×10-10m2/N。实验选用半圆盘试件,实验试件模型如图1所示,半圆盘半径为60 mm,厚度为4 mm。在试件上预制两个缺陷:一条为设置在半圆盘的圆心处,且垂直于试件下边界的边裂纹,其长度为10 mm,宽度为0.2mm。另一条为内部裂纹缺陷,其长度均为10mm,缝宽均为0.2 mm,内部裂纹缺陷的中心点距离边裂纹端部的距离均为26 mm。其中,试件S1中的预制内部裂纹缺陷与边裂纹垂直,试件S2预制内部裂纹缺陷与边裂纹共线,两种裂纹缺陷均为贯穿型缺陷。

图2为新型数字激光动态焦散线实验系统光路示意图,该系统由激光器、扩束镜、透镜、冲击加载装置、高速数字相机以及计算机组成。其中,高速数字相机对实验过程中动态焦散斑瞬间图像进行拍摄,其最大拍摄速率为1 000 000 fps。选用绿色激光光源作为实验光源,该光源的波长处于高速数字相机的最敏感波长范围内。综合考虑,本次试验的拍摄速率为15 000 fps。落锤质量为1.5 kg,下落的高度为36 cm。实验时,严格保证每次落锤下落的高度一致。

2 测试原理

冲击载荷作用下,对于Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,Papadopoulos G A[11]将裂纹尖端的动态应力强度因子KdⅠ和KdⅡ分别表示为:

式(1)中,z0为参考平面到试件之间的距离;d为试件的有效厚度,ct为光学常数,Dmax为焦散斑的最大直径,μ为应力强度因子比例系数,g为应力强度因子数值因子,KⅠd为Ⅰ型应力强度因子,KⅡd为Ⅱ型应力强度因子,F(ν)为速度调节因子,通常情况下,当裂纹扩展速度较小时,F(ν)≈1。

为了计算裂纹扩展速度,首先采用多项式拟合法得到裂纹扩展长度随时间变化的函数,再通过对位移函数求导得出裂纹扩展速度曲线,如式(2)所示:

式(2)中,L(t)为由裂纹扩展长度拟合得到的裂纹长度函数曲线。

3 实验结果与分析

图3为两种试件的最终断裂实验结果图。从图中可以看出,当内部裂纹缺陷垂直于边裂纹时,如图3(a)所示,边裂纹在起裂后沿边裂纹方向直线扩展直至与内部裂纹缺陷贯通,表现为典型的Ⅰ型扩展;随后,裂纹从内部裂纹缺陷的一端再次起裂,其扩展方向与内部裂纹缺陷相垂直,并逐渐偏向加载点处扩展,表现为“Ⅰ/Ⅱ复合型-Ⅰ型-Ⅰ/Ⅱ复合型-Ⅰ型”扩展的复杂形式。当内部裂纹缺陷与边裂纹共线时,如图3(b)所示,裂纹的扩展形式较为简单,裂纹在内部裂纹缺陷前后均表现为Ⅰ型扩展。

3.1 焦散线图像与断裂模式分析

图4为两种试件裂纹扩展中的裂纹尖端焦散斑系列图片。从图4中可以看出,随着落锤冲击的作用,边裂纹尖端首先产生应力集中,形成焦散斑。此时,无论是内部垂直裂纹缺陷还是内部水平裂纹缺陷,尖端均没有焦散斑产生,说明与试件边裂纹缺陷相比,试件内部裂纹缺陷对试件初始破坏的影响较小,边裂纹的应力集中对试件初始破坏的产生构成了极大的威胁。当边裂纹缺陷尖端应力强度因子达到材料的起裂韧度后,边裂纹起裂并向前扩展。

随着裂纹的不断扩展,裂纹尖端产生的应力波对内部裂纹缺陷的影响逐渐增大,在内部裂纹缺陷端部逐渐产生焦散斑。当内部裂纹缺陷垂直于边裂纹时,如图4(a)所示,由于内部裂纹缺陷对边裂纹尖端应力波的反射,裂纹尖端的焦散斑略有减小。运动裂纹与垂直于边裂纹的内部裂纹缺陷贯通后,裂纹携带的能量逐渐向内部裂纹缺陷两端转移,并在内部裂纹缺陷两端产生焦散斑。且在裂纹再次起裂前,内部裂纹缺陷两端的焦散斑几乎等大,说明两者的应力集中程度相同。但由于加工精度的略微差别,导致内部裂纹缺陷两端处的损伤存在着略微的差异,进而导致裂纹率先从内部裂纹缺陷一端起裂,随着裂纹的再次起裂,内部裂纹缺陷另一端的焦散斑逐渐减小,应力集中程度下降,能量逐渐向已扩展的裂纹尖端转移。

当内部裂纹缺陷与边裂纹共线时,如图4(b)所示,内部裂纹缺陷对运动裂纹尖端的焦散斑几乎没有影响,运动裂纹向前扩展并最终与共线裂纹的近端相贯通。随后,内部裂纹缺陷与运动裂纹贯通端处的焦散斑逐渐减小,另一端的焦散斑很快增大,表明能量迅速从内部裂纹缺陷下端向上端转移,并在20μs后裂纹从内部裂纹缺陷上端再次起裂扩展,直至试件完全断开。

对比内部裂纹缺陷与边裂纹缺陷相垂直和共线两种情况可以看出,当运动裂纹与预内部裂纹缺陷贯通后,共线裂纹缺陷起裂时间更短,且在起裂后表现为Ⅰ型扩展形式。而垂直裂纹缺陷起裂时间较长,但起裂后的裂纹断裂模式很快由Ⅰ/Ⅱ复合型向Ⅰ型转变,并在到达试件边界附近时,扩展路径再次发生偏转。

3.2 裂纹扩展速度

图5为两种试件中裂纹扩展速度随时间的变化曲线。从图中可以看出,在裂纹起裂后,两种试件的裂纹扩展速度均表现出先迅速增大,而后呈振荡变化的特点。所不同的是,当裂纹扩展至垂直内部裂纹缺陷附近时,裂纹尖端的扩展速度逐渐减小,这主要是由于从裂纹尖端激发的应力波遇到垂直内部裂纹缺陷后产生的反射波抑制了裂纹的扩展速度而导致的。而对于共线裂纹缺陷而言,裂纹的扩展速度在与内部裂纹缺陷贯通前没有表现出明显的下降趋势。当裂纹再次从内部裂纹缺陷处起裂后,裂纹的扩展速度再次表现为先增大后减小的特点。当内部裂纹缺陷垂直于边裂纹时,裂纹再次起裂时的扩展速度较大,为237.6 m/s,这主要是因为垂直内部裂纹缺陷端部的裂纹起裂为Ⅱ型裂纹,起裂需要的能量更多,裂纹的扩展速度也更大。而当内部裂纹缺陷与边裂纹共线时,裂纹为Ⅰ型裂纹,起裂需要的能量少,裂纹再次起裂时的初始扩展速度只有12.5m/s,但随着裂纹的扩展,裂纹扩展速度迅速增大。

3.3 裂纹应力强度因子

图6为裂纹尖端应力强度因子随时间的变化曲线。从图中可以看出,在边裂纹起裂前,裂纹尖端的应力强度因子表现为振荡增大直至裂纹起裂。由格里菲斯断裂理论可知,裂纹的起裂韧度为裂纹起裂时对应的裂纹尖端的应力强度因子值。则当内部裂纹缺陷垂直于边裂纹时,裂纹的起裂韧度为1.7MN/m3/2,当内部裂纹缺陷与边裂纹共线时,裂纹的起裂韧度为1.95 MN/m3/2,这可能是由于垂直内部裂纹缺陷对边裂纹尖端应力场的影响导致的,同时也与预制边裂纹的加工精度有一定关系。当裂纹再次从内部裂纹缺陷处起裂后,垂直内部裂纹缺陷端部产生的裂纹尖端的应力强度因子KⅠ为1.57 MN/m3/2,KⅡ为0.75 MN/m3/2。并随着裂纹的扩展,裂纹尖端的应力强度因子KⅡ不断减小,裂纹的断裂很快由Ⅰ/Ⅱ复合型转变为Ⅰ型断裂。当裂纹扩展至试件边界时,由于受到边界压剪应力场的影响,裂纹再次由Ⅰ型转变为Ⅰ/Ⅱ复合型,裂纹迅速转向近乎垂直于边界的方向扩展直至试件完全断裂。当共线内部裂纹缺陷端部产生的裂纹尖端的应力强度因子KI为1.39 MN/m3/2,表现为Ⅰ型断裂。裂纹起裂之后,裂纹尖端的动态应力强度因子表现出先迅速增大到一定值后再保持基本稳定的特点,并当裂纹扩展到试件边缘后,裂纹尖端的动态应力强度因子逐渐减小,直至试件完全断裂。

综合图6和图7还可以看出,裂纹尖端的应力强度因子与裂纹的扩展速度表现出一定的正相关性,裂纹尖端的应力强度因子越高,裂纹的扩展速度也就越大。假设裂纹扩展的断裂能保持不变,若裂纹尖端储存的能量越大,从能量的角度看,在裂纹扩展过程中,裂纹尖端释放的能量主要转化为三个方面:①新增裂纹扩展表面的表面能;②因试件平移和转动而消耗的能量;③裂纹扩展的动能。由于试件平移和转动消耗的能量在裂纹起裂扩展阶段一般较少,可忽略不计。因此,若假定裂纹的断裂能不变,则裂纹尖端的能量越大,转化为裂纹扩展的动能也就越多,裂纹的扩展速度越大。

4 结论

(1)在动态冲击载荷最初作用下,边裂纹处应力集中程度远大于试件的内部裂纹缺陷处应力集中程度。

(2)在动态冲击载荷作用下,当裂纹从垂直内部裂纹缺陷的端部再次起裂时,表现为Ⅰ/Ⅱ复合型断裂,且在裂纹起裂后,裂纹的断裂模式很快由Ⅰ/Ⅱ复合型向Ⅰ型转化;而对于共线内部裂纹缺陷而言,裂纹的起裂和扩展始终表现为Ⅰ型断裂形式。

(3)当内部裂纹缺陷垂直于边裂纹时,边裂纹对扩展裂纹尖端的应力强度因子和裂纹扩展速度均有抑制作用,且当裂纹再次从内部裂纹缺陷处起裂后,裂纹的扩展速度和应力强度因子也较共线裂纹缺陷时的高。

材料缺陷 篇8

1.1 关于热裂缝

(1) 概念。它是说金属从液态发展为固体的时候, 出现的缝隙, 其一般出现在中间位置, 很容易发现。 (2) 导致其发生的缘由。因焊接熔池中存有的Fe S等低熔点杂质结晶凝固最晚且凝固后的塑性及强度低, 当其凝结的时候, 假如外在的力不是很大的话, 金属凝结的时候, 其就容易被张开或者是在凝结之后很短的时间中就被扯开。除此之外, 材料中含有硫等成分的话, 也会导致这些现象。 (3) 应对方法。a.严格的按照工艺步骤开展活动, 选取优秀的焊接步骤, 降低焊接力;b.认真地掌控其数值要素, 降低冷却的速率, 提升其形状指标, 最好是使用多道焊等方式, 避免其在中间位置发生缝隙。

1.2 关于冷缝

(1) 概念。它是说在冷却的时候, 或者是之后的时候, 金属在材料或者是材料和焊缝融汇的区域的融合线中出现的缝隙, 其有可能立马发生, 也有可能会在之后的几个小时或者是几天中发生。 (2) 产生的要素。a.焊接热循环的热影响区生成了淬硬组织;b.当焊缝里面有非常多的扩散氢的话, 就会出现浓集现象;c.在接头区域, 负担非常多的约束力。 (3) 应对方法。a.使用少含氢的物质, 降低其成分;b.认真地按照物质的保存和运行体系来活动, 避免其存在过多的水分;c.认真的清楚附近的油迹等;d.选择优秀的焊接数值等;e.以去氢、消除内应力和淬硬组织回火, 进而提升其韧性指标;f.使用正确的焊接步骤, 降低其力的干扰。

2 没有焊透以及没有熔合的问题

没有焊透和熔合是目前出现频率比较多的一种问题, 假如出现了的话, 缝隙就容易存在间断或者是骤然的变化等, 减弱了它的强度, 还容易出现裂缝等。

2.1 定义。

没有焊透是说, 在处理的会后, 结构尾部没有全部的熔透的问题;未熔合指焊件与焊缝金属或焊缝层之间存在局部未熔透的现象。

2.2 产生要素。

(1) 存在焊件装配间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径过大、电流太小、速度太快、电弧过长等现象; (2) 未认真地处理坡口附近的污物; (3) 处理的时候, 这个位置进入了熔渣, 使得金属的熔合无法有效地开展, 运条手法不当, 电弧偏在坡口一边等而引成边缘不熔合。

2.3 应对措施。 (1) 合理的选取坡口的

规格; (2) 确保焊流速率适当; (3) 把附近的污物去除; (4) 封底焊清根要彻底, 运条摆动要适当; (5) 认真关注附近的熔合状态。

3 关于夹渣

3.1 概念。它是说残存在焊缝里面的物质, 其会减弱它的强度等特征。

3.2 其出现的关键缘由。

(1) 焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣; (2) 坡口角度或焊接电流太小或焊接速度过快; (3) 使用酸性焊条时因电流太小或运条不当形成“糊渣”; (4) 使用碱性焊条时因电弧过长或极性不正确造成夹渣; (5) 焊条偏芯。

3.3 应对方法。

(1) 合理的选取坡口的规格; (2) 确保焊流速率适当; (3) 把附近的污物去除; (4) 运条摆动适当。

4 别的问题

4.1 存在气孔。焊接时最常出现的是氢气孔, 主要分为:内部气孔、表面气孔和接头气孔。

(1) 其出现的关键缘由:a.没有清理好坡口附近的污物;b.焊芯出现了锈迹, 或者是掉落等现象, 没有结合规定对其开展烘焙活动。c.电弧太长, 速率太快。 (2) 应对措施:a.确保焊流速率适当;b.把附近的污物去除c.切实的结合规定, 存放并且清理活动的材料;d.严禁用那些变质的材料, 要管控好它的运行领域, 要将焊丝处理好, 避免其存在锈迹。e.埋弧焊特别是薄板焊时, 焊接速度和线能量尽可能小。

4.2 关于咬边现象。

(1) 概念。咬边指焊缝边缘留下的凹陷, 咬边会减小母材接头的工作截面。 (2) 导致现象发生的具体要素:a.焊接电流过大、运条速度过快、电弧拉得太长或焊条角度不;b.埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等造成焊件被熔化去一定深度, 没有认真地填充金属材料, 导致此类现象发生。 (3) 避免其出现的方法:a.合理的选取焊接的电流和运条的措施, 要认真的关注其角度等内容;b.氩弧焊工艺参数要恰当, 要控制好它的速率, 而且要保证措施是稳定的。

4.3 关于焊瘤和弧坑等问题。

(1) 产生焊瘤的主要原因及防止措施。导致焊瘤出现的关键要素:a.由于运条不匀导致气温太高了, 进而使得液体的材料在凝结的的时候慢慢的落下, 在表层中出现瘤状物。b.立、仰焊时, 采用了过大的焊接电流和弧长。防止产生焊瘤的主要措施是:a.严格控制熔池温度;b.使用碱性焊条时应采用短弧焊接。 (2) 导致弧坑出现的关键要素和应对方法。导致其出现的关键要素:a.熄弧时间过短或焊接突然中断, 焊接薄板时电流过大;b.焊缝表面存在焊瘤影响美观, 并易造成表面夹渣。

避免其发生的关键方法:手工焊收弧时, 焊条作短时间停留或几次环形运条。

5 如何处理焊缝问题

(1) 不允许在带压、背水的情况下进行焊缝缺陷消除的焊补; (2) 关于要求预热的材质, 当工作环境气温低于0℃时应采取相应预热措施; (3) 要求进行热处理的焊件则应在热处理前进行缺陷修正; (4) 禁用过大电流补焊, 采用小电流、不摆动、多层多道焊; (5) 补焊刚性大的结构时, 除第一层和最后一层焊道外, 可在焊后热状态下进行锤击, 且每层焊道的起弧和收弧应尽量错开; (6) 用手工电弧焊焊补D、E级钢和高强度结构钢焊缝缺陷时, 应采用控制线能量施焊法, 每一缺陷不允许中途停顿, 应一次焊补完成, 且预热温度和层间温度均保持在100℃以上; (7) 结合之前的探伤规定, 再次的分析处理之后的缝隙, 假如察觉其大于许可的数值的话, 就要再次的处理, 一直到其合乎规定的时候才可以。不过其焊补的次数应该低于返工的次数。 (8) 认真地开展监督以及检测活动。开展好如上的活动, 从根源上降低其不利现象的存在, 进而能够防止机组带着问题而运作。

结语

经由上文的论述, 我们发现, 在焊接的时候, 如果出现了问题就应该即刻的处理。对于裂缝现象来讲。应该先分析它的初始方向和尾端处的情况, 进而再应对其存在的不利现象。对于夹渣以及没有焊透等等的问题, 应该使用相同的措施对其处理, 进而结合规定对其开展焊补活动;对于气孔, 尤其是其中的气孔的处理, 应该在明确它的具体方位之后, 应用风铲或碳弧气刨清除全部气孔缺陷, 而且要保证它能够成为一定的坡口形式, 进而再行处理。

参考文献

[1]周炳森.新编金属焊接实用技术百科全书[M].北京:中国知识出版社, 2006.

[2]赵熹华.焊接检验[M].北京:机械工业出版社, 2005.

材料缺陷 篇9

缺陷/损伤的解释是复合材料缺陷/损伤检测过程的重要一环, 目前, 无论是专业培训教材还是相关的资料都未对这些缺陷/损伤的特征和成像特点进行比较和实用说明, 因此, 在实际检测中, 操作员对复合材料的缺陷与损伤认识不清, 难以评定。本文针对航空制造业零件所采用的复合材料类型, 分析了复合材料在制造、使用过程中容易产生的缺陷与损伤, 制作了典型复合材料缺陷/损伤测试件, 分别通过图像增强器和线阵扫描X射线实时成像设备对复合材料缺陷/损伤进行检测, 并将检测图像制成典型复合材料缺陷/损伤实时成像检测标准图谱, 使复合材料缺陷/损伤非常形象直观地表现出来, 用于指导实际检测。

1典型缺陷/损伤试件的制作

层压板和夹芯板一般要求检测的主要缺陷/损伤为裂纹、非金属夹杂 (纸张、头发) 、金属夹杂 (铜丝、刀片、铁砂) 、冲击损伤、孔洞、富脂、注胶不均匀、胶膜芯格鼓胀、芯格压塌、芯格压缩、芯格断裂、芯格积水等。本文选定了碳纤维复合材料层压板、芳纶纤维复合材料层压板、缩醛玻璃纤维复合材料层压板、环氧玻璃纤维复合材料层压板、芳纶面纸蜂窝板、玻璃钢纸蜂窝板等材料做测试件, 参照HB5461-90中规定的缺陷的模拟方法, 制作了24件典型复合材料内部缺陷/损伤试件, 其编号为XS-1～XS-24。

2典型复合材料缺陷/损伤实时成像检测图谱

对编号为XS-1～XS-24的复合材料缺陷/损伤测试件进行X射线实时成像检测, 并制作典型复合材料缺陷/损伤实时成像法检测图谱, 分别见图1～图8。

图1 (a) 中试件编号为XS-13;试样材料为芳纶面纸蜂窝;材料厚度为13mm;实时成像设备为HI-Scan X射线。图1 (b) 中试件编号为XS-14;试样材料为缩醛玻璃纤维复合材料层压板;材料厚度为1.6mm;实时成像设备为BALTEAU X射线。

图2 (a) 中试件编号为XS-9;试样材料为环氧玻璃纤维复合材料层压板;材料厚度为2.4mm;实时成像设备为BALTEAU X射线。图2 (b) 中试件编号为XS-10;试样材料为芳纶面纸蜂窝;材料厚度为13mm;实时成像设备为HI-Scan X射线。图2 (c) 中试件编号为XS-11, 其余同图2 (a) 。

图3 (a) 、图3 (e) 中试件编号分别为XS-1、XS-5;试样材料为芳纶纤维复合材料层压板;材料厚度为3.8mm;实时成像设备为BALTEAU X射线。图3 (b) 、图3 (g) 中试样编号分别为XS-2、XS-7;试样材料为缩醛玻璃纤维复合材料层压板;材料厚度为1.6mm;实时成像设备为BALTEAU X射线。图3 (c) 、图3 (f) 中试件编号分别为XS-3、XS-6;试样材料为玻璃钢面纸蜂窝;材料厚度为10.6mm;实时成像设备为HI-Scan X射线。图3 (d) 中试件编号为XS-4;试样材料为碳纤维复合材料层压板;材料厚度为4.4mm;实时成像设备为BALTEAU X射线。图3 (h) 中试件编号为XS-8;试样材料为芳纶面纸蜂窝;材料厚度为13mm;实时成像设备为HI-Scan X射线。

图4 (a) 中试件编号为XS-24;试样材料为碳纤维复合材料层压板;材料厚度为4.11mm;实时成像设备为HI-Scan X射线。图4 (b) 中试件编号为XS-22;试样材料为碳纤维复合材料层压板;材料厚度为5mm;实时成像设备为HI-Scan X射线。

图5中试件编号分别为XS-19、XS-20;试样材料分别为芳纶面纸蜂窝、碳纤维复合材料层压板;材料厚度分别为13mm、4.4mm;实时成像设备为HI-Scan X射线。

图6 (a) 、图6 (b) 和图7中试件编号分别为XS-23、XS-12、XS-15;试样材料为玻璃钢面纸蜂窝;材料厚度为10.6mm;实时成像设备为HI-Scan X射线。

图8中的试件编号分别为XS-18、XS-21、XS-16、XS-17;试样材料为芳纶面纸蜂窝;材料厚度为13mm;实时成像设备为HI-Scan X射线。

3缺陷/损伤的解释

若要正确地解释显示屏上的缺陷/损伤影像, 首先, 必须掌握一定的复合材料及其工艺方面的知识, 以及复合材料缺陷/损伤的类型、形态和产生规律;其次, 必须了解X射线实时成像检测透照的具体方式, 分析缺陷/损伤影像的形成和可能发生的变化。在上述基础上, 应具体从缺陷/损伤影像的几何形状、灰度分布及位置等3方面进行如下的分析和判断:

(1) 应当从单个或局部影像的基本形状、多个或整体影像的分布形状、影像轮廓线的特点等3方面进行影像的几何形状分析。不同的缺陷/损伤, 其影像的几何形状在上述3个方面会产生差异, 对于不同的透照布置, 同一缺陷在显示器上形成的影像的几何形状将发生变化。

(2) 缺陷/损伤是不同于被测件本体材料的物质, 这种差异产生了不同的缺陷/损伤对射线吸收的不同, 形成的缺陷/损伤影像灰度也不同, 图像灰度的变化是图像识别的基本条件。在分析影像灰度特点时应考虑影像自身各部分灰度的分布特点、影像灰度相对于被测件本体灰度的高低。

(3) 缺陷/损伤影像在图像上的位置是其在被测件中位置的反映, 是判断影像缺陷/损伤性质重要的依据。影像所在的位置与缺陷/损伤的性质相关, 其在被测件中出现的位置常具有一定的规律。

将X射线实时成像检测图像与从X射线照相底片所得到的复合材料缺陷/损伤信息进行对比, 逐渐建立起对复合材料缺陷/损伤图像识别的感性认识, 经过较多的实际练习, 才能逐步掌握其影像的识别。针对图1～图8的典型复合材料缺陷/损伤实时成像法检测图谱, 可得出复合材料缺陷/损伤影像的如下特点:

(1) 夹杂物属于一种混入复合材料中的外来物, 有一定的体积, 其形状多不规则。其灰度依据夹杂物与被测件本体材料密度的比较, 材料密度越高, 对射线的衰减越大, 则其影像与背景相比越明亮。其中, 金属夹杂 (铜丝、刀片、铁砂) 与复合材料相比, 密度很大, 影像非常明亮, 如图3所示。非金属夹杂 (纸张、头发、胶膜) 与复合材料相比, 密度差距较小, 影像与背景相比, 不太明亮或较暗, 如图2所示。

(2) 裂纹常呈现为中间宽两端细, 末端常为尖状的不规则黑线状影像, 如图1 (a) 所示, 也可能为纤维片状影像, 如图1 (b) 所示。

(3) 芯格积水是芯格中有水的存在, 影像形状较规则且较明亮, 从影像中, 不但能显示渗水单元, 而且能显示出渗水量, 如图7所示。

(4) 芯格压缩影像显示出芯格在任意方向上的压缩, 但相应边仍基本保持平行, 如图8 (c) 所示。

(5) 芯格断裂影像显示为芯格的裂开, 如图8 (d) 所示。

(6) 芯格鼓胀影像显示为芯格鼓胀变形 (通常呈圆形) , 如图8 (a) 所示。

(7) 富脂, 因树脂密度较复合材料大, 影像与背景相比较明亮, 且形状多不规则, 如图5所示。

(8) 芯格压塌影像显示芯格局部皱褶或压塌, 如图8 (b) 所示。

(9) 孔洞为胶层出现的直径不大于3mm、边界圆滑、内含气体的缺陷, 影像呈现为各种形态, 常见为孤立的或成群的圆形、椭圆形、梨形暗斑, 如图4 (b) 所示。

(10) 注胶不均匀影像显示芯格内胶的不均匀, 如图6所示。

(11) 冲击损伤一般出现在冲击点附近, 并出现了层间分层。层间分层属于平面缺陷, 常规X射线实时成像检测无法检测出来, 只有采用增强X射线实时成像检测才可以检测出来。其影像形状为不规则片状, 由于层间分层内浸渍了密度较大的增强剂 (四溴乙烷) , 因此, 影像与背景相比很明亮, 如图4 (a) 所示。

4结论

将X射线实时成像检测图像与从X射线照相底片所得到的复合材料缺陷/损伤信息进行对比, 逐渐建立起对复合材料缺陷/损伤图像识别的感性认识, 具体从复合材料缺陷/损伤影像的几何形状、灰度分布及位置等3方面进行分析和判断, 经过较多的实际练习, 才能逐步掌握其影像的识别, 从而做出复合材料缺陷/损伤正确的解释。

参考文献

[1]赵渠森.先进复合材料手册[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[2]Yamanaka SA, Dunn B, Valentine J S, et al.Nicotinamideadenine dinucleotide phosphate fluorescence andabsorption monitoring of enzymic activity in silicate sol-gels for chemical sensing applications[J].JAm ChemSoc, 1995, 117 (4) :9095-9099.

材料缺陷 篇10

由于很少文献报道研究切削加工含高体积分数(高于30%)SiC颗粒的铝基复合材料，本文着重研究了SiC颗粒体积分数为65%的铝基复合材料。通过研究分析表面粗糙度、表面残余应力和表面形态，来研究铣削参数对表面完整性的影响。为了与PRAMCs作比较，对不含强化颗粒的基体合金(Al6063)也做了相同的实验。

1 试验过程

1.1 实验设计

在加工过程中有很多因素会影响表面完整性。由于已有研究表明径向切削深度对表面完整性的影响忽略不计，实验中选取了三个主要的铣削参数作为独立的变量，来研究其对表面粗糙度、表面残余应力的影响。三个铣削参数为铣削速度(vc)，进给量(fz，单位为mm/z，即每齿进给量)和轴向切削深度(ap)。实验中采用了一个2×2×2全因子实验来研究影响因素之间的相互作用。为降低实验误差，每个实验进行两次。具体实验参数如表1和表2。另外，全因子实验完成之后的后刀面磨损值(VB)从0.07 mm增至0.08 mm，变化小于10μm，因此在全因子实验法中刀具磨损对表面完整性的影响忽略不计。

在全因子实验之后进行单因子实验，以研究进给量、铣削速度对表面粗糙度、表面残余应力、表面形态的影响。同样地，由于后刀面磨损值从0.29mm增至0.31 mm，变化较小，因此也忽略后刀面磨损对表面完整性的影响。

1.2 实验计划和实验过程

Al/SiC/65p复合材料微观结构如图1所示，其中深色区域为SiC颗粒，浅色区域为铝基材料。已有研究表明使用冷却液会引起微粒的脱落，从而导致较多的空隙或凹坑，因此本次研究均采用干式切削[2]。

由于PRAMCs中含有的SiC颗粒体积分数较高，材料具有高的耐磨性，参考文献[3]，实验中使用PCD刀具。

切削实验机床为德玛吉DMU 60 monoBLOCK型五轴加工中心，使用KEYENCE公司的VK-X200型3D激光扫描显微镜测量表面粗糙度和表面形态。实验中测量进给方向上的表面粗糙度，每五个点的测量值的平均值作为实验数据。

2 实验结果

2.1 表面粗糙度

表面粗糙度的标准柏拉图和方差分析结果分别如图2和表3所示。由统计结果知vc、fz和vcfz的P值小于5%，说明它们都对表面粗糙度的影响较大。统计结果还显示铣削速度vc对Ra值影响最大，其次为铣削速度和进给量的相互作用，最后是进给量。而轴向切削深度及其与其他元素之间的相互作用对Ra值的影响最小。

轴向切削深度为0.15 mm时，铣削速度和进给量对表面粗糙度的影响如图3所示。根据图片，当采用较低的进给量和铣削速度时，能够得到较低的Ra值。然而，当进给量和铣削速度都比较大时，也会得到较低的Ra值。这为以后的大进给量、高速切削PRAMCs提供理论依据。

根据测量结果，利用多元非线性回归分析法建立了一个用于预测Ra值的经验公式:

上述经验公式的相关指数R2为80.64%，比较接近1，因此公式用作预测时，有较高的准确性。

(铣削参数:vc=400 m/min,ae=6 mm,ap=0.3 mm)

(milling condition:vc=400 m/min,ae=6 mm and ap=0.3 mm)

进给量对表面粗糙度的影响如图4所示。实验中观测到表面粗糙度随着进给量增大而逐渐增大，与已有研究相符。这是因为进给量增大到足够大时会出现明显的刀纹。此外，进给量增大，高速铣削中的塑性变形也会随着增加，也会导致凹坑和裂纹的产生，最终会降低表面质量。而对于Al6063，其表面粗糙度要比复合材料低很多。

铣削速度对表面粗糙度的影响如图5所示。对于材料Al/Si C/65p，铣削速度增大，表面粗糙度稍有降低:从200 m/min时的0.46μm降低到400 m/min时的0.40μm。其原因可能有两个:其一，高速铣削中产生的高温增加了铝合金基体的流动性，从而使得铣削力降低。其二，铣削速度增大，应变率增大，使铝合金基体更不易发生变形。因此，SiC颗粒更有可能是被切碎而不是被拔出来，这也减少了凹坑和空隙，从而表面质量会提高。此外，由于PCD刀具和铝合金基体具有良好的导热性，在以加工表面上就不会有很高的温度。因此可以推断，上述两个因素中，后者占主导作用。

但是，Al6063呈现出相反的趋势，即在高温下，增大工件材料的流动性和降低铣削力，前者对表面粗糙度的影响更大。

2.2 表面残余应力

表4、图6分别为表面应力的方差分析和标准柏拉图。结果显示，对于vc、fz和ap,P值小于5%，这表明这三个因素对表面残余应力有较大的影响。三个因素中，轴向切削深度对表面残余应力影响最大，其次为铣削速度和进给量。

当轴向切削深度为0.15 mm时，铣削速度和进给量对表面残余应力的影响如图7所示。图片显示，采用较低的进给量和铣削速度时，表面残余压应力较高。

根据实验结果得到一个表面残余应力的经验公式:

公式的相关指数R2为87.10%，接近1，具有较高的准确性。

进给量对表面残余应力的影响如图8所示。根据图片，在任何铣削条件下，Al6063材料的表面应力均表现为拉应力，而Al/SiC/65p为压应力，该实验结果与文献[4]实验结果相符。两种材料的表面残余应力曲线都随着进给量的增大呈上升趋势。这是因为，当其它切削参数不变时，进给量增大提高了材料去除率，并产生出大量的热量，从而使表面应力更趋向于拉应力。

铣削速度对表面残余应力的影响如图9所示。与图8结论相同:Al6063材料的表面应力均表现为拉应力，而Al/SiC/65p为压应力，并且应力曲线均随铣削速度增大而略有波动。一般地，切削速度对表面应力的影响低于进给量，这在实验方差分析中也有所体现。这是因为PCD刀具和铝基材料具有良好的导热性，能够将高速切削中产生的大量热量传递出去。

值得注意的是，使用X射线衍射测量表面残余应力的准确性有待考察。因为通常情况下，当被测应力小于100 MPa时，该测量方法可能会产生显著错误[5]。因此，该结果只能用作定性分析。

2.3 表面形态

PRAMCs内部独特的结构，加之SiC颗粒体积分数高达65%，其表面质量缺陷较为严重。进给量和切削速度对表面形态影响均不明显。实验中使用3D激光显微镜来进一步研究已加工面的表面形态缺陷，如图10所示，加工表面存在大量的微小凹坑。凹坑直径分布在5～20μm，接近SiC颗粒的平均直径，因此可推断凹坑是由于这些颗粒从铝基材料被拔出而形成的。同时，在刚性颗粒周围的铝基材料还存在错位聚集现象，而这会破坏强化颗粒和基体材料的结合力。因此，在铣削过程中容易出现SiC颗粒拔出的现象，进而导致较大的凹坑。

3 结论

实验为高体分Al/SiC/65p复合材料高速铣削实验，深入研究了三个主要铣削参数(铣削速度、进给量、轴向铣削深度)对表面完整性(表面粗糙度、表面残余应力、表面形态)的影响。实验中分别采用了全因子实验法和单因子实验法。此外，实验中还在相同的切削条件下对Al6063材料进行铣削，以便于和Al/SiC/65p复合材料作对比。实验有如下结论:

(1)铣削速度对Ra值的影响最大，其次为铣削速度和进给量的综合作用，再次为进给量。轴向铣削深度及其与其它参数的综合作用对Ra值的影响最小。

(2)Al/SiC/65p材料的表面粗糙度随着进给量增大而逐渐增大。对于Al6063,Ra值远小于Al/SiC/65p材料，而且铣削速度的变化对其影响甚微。

(3)轴向铣削深度表面残余应力的影响最大，其次为铣削速度和进给量。而独立因素的综合作用对表面残余应力影响较小。

(4)对于Al/SiC/65p和Al6063两种材料，其表面残余应力随着进给量的增大更趋向于表现为拉应力，而随着铣削速度的变化并不明显。实验中采用不同的进给量时，Al/SiC/65p表面残余应力均为压应力，而Al6063为拉应力。

(5)对于Al/SiC/65p复合材料，走刀痕迹对其表面形态的影响并不显著，而且由于强化颗粒含量较高，Al/SiC/65p材料的表面纹理并不规律。另外，复合材料已加工表面也存在一些缺陷，例如凹坑和空隙。

参考文献

[1] 董小磊.超声铣削Si Cp/Al复合材料的机理研究.焦作:河南理工大学,2009Dong Xiaolei.Study on ultrasonic milling mechanism of Si Cp/Al composites.Jiaozuo:Henan Polytechnic University,2009

[2] Kannan S,Kishawy H A.Tribological aspects of machining aluminum metal matrix composites.Journal of Materials Processing Technology,2008;198(1—3):399—406

[3] 葛英飞,徐九华,杨辉.SCD及PCD刀具精密车削Si Cp/2024Al复合材料适应性对比研究.机械科学与技术,2009;28(7):841 —846Ge Yingfei,Xu Jiuhua,Yang Hui.Single crystal diamond and olycrystalline diamond tools'applicability to ultra-precision turning of Si Cp/Al composites.Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering,2009;28(7):841—846

[4] Pramanik A,Zhang L C,Arsecularatne J A.Machining of metal matrix composites:effect of ceramic particles on residual stress,surface roughness and chip formation.International Journal of Machine Tools&Manufacture,2008;48(15):1613—1625