6061铝管可制造金属智能复合材料     金属基智能复合材料具有自我感知、自我诊断和自我管理能力,相比聚合物基智能复合材料,具有更高强度,适合在高温、腐蚀性及恶劣环境中使用,可满足更高安全需要等优点。本文使用超声波金属焊接快速成型方法埋入光纤布拉格光栅(FBG)传感器至6061铝基体中来制造金属基智能复合材料。进一步加深了对超声波金属焊接的理解：超声波金属焊接后,基体材料的硬度得到了提高,特别在光纤周围；焊件连接强度随超声能量和超声时间的增大而线性增大最后趋于稳定；焊接后基体材料的晶粒尺寸几乎不变,但晶粒取向发生了变化,使组织各向同性增强。最后,论文考虑到FBG传感器埋入金属基体中极易破坏失效,因此首先对FBG传感器进行了金属化保护,并使用优化的焊接参数成功埋入了FBG传感器。获得了具备较好温度传感性能的金属基智能复合材料,说明超声波金属焊接制备金属基智能复合材料是切实可行的。对超声波金属焊接、光纤传感器埋入6061铝管基体进行了理论分析和有限元仿真,并对FBG传感器埋入铝基体的组织性能和传感性能实验结果进行了可行性研究。首先,FBG传感器可埋入金属基体的两个关键机制为超声波金属焊接的表面效应和体积效应。表面效应描述的是相互接触界面的摩擦；而体积效应发生在整个金属成形过程中,对金属基体内应力和塑性变形有较显著影响。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对两种高强度硬铝合金2024-T4和7075-T6在不同初始温度(123K～623K)条件下的动态压缩力学性能进行了较系统的实验研究。结果显示:1)两种铝合金都表现出一定的应变率硬化效应,流动应力随着应变率呈线性增大,并且发现2024-T4的应变率效应依赖于温度,而7075-T6的应变率效应与温度之间是解耦的;2)两种铝合金在小应变时表现出应变硬化效应。。基于这两个关键机制建立了材料模型和摩擦模型,并依托所建立的计算分析模型实现了超声波金属焊接的热-机耦合有限元分析,结果表明在铝箔片/超声焊极界面处铝合金具有最高温度和最大塑性变形,且最高温度低于熔点温度,在焊接压力为175MPa、超声振幅为8.4μm、焊接时间为60ms的情况下,最高温度为357.466℃,随着焊接压力持续增加会出现粘焊现象。利用多种轧制与退火的组合工艺方案分别对同一批次铝合金板料进行加工,并进行了试样拉伸试验,分析了轧制总压缩率及退火工艺对试样伸长率的影响。研究发现:较大的轧制总压缩率有利于提高材料的超塑性,总压缩率为96.67%的TM3试样在250℃下以2×10-3s-1的应变速率进行拉伸,得到了443%的伸长率,微观组织分析发现,试样中等轴细小晶粒所占比率越大试样超塑性越好;在最佳工艺方案基础上,通过缩短前期退火时间,提高了效率,且低温超塑性性能并没有受到太大的影响,250℃下试样的伸长率仍达到了350%。