過共晶鋁硅合金顆粒驟變分布梯度復(fù)合材料筒狀零件離心鑄造工藝及組織性能研究.pdf

1、本文主要研究了離心澆注過共晶鋁硅合金筒狀件的鑄造工藝，制備出了初晶Si和Mg2Si顆粒混合增強(qiáng)的Al基驟變梯度功能復(fù)合材料；對(duì)材料的組織、成分和性能特點(diǎn)進(jìn)行了分析；并試制了薄壁汽缸套。實(shí)驗(yàn)主要以Al-19Si-5Mg合金為基體，采用金屬型離心鑄造，澆注過共晶鋁硅合金顆粒驟變分布梯度復(fù)合材料筒狀零件，使筒狀件形成內(nèi)部為初晶Si和Mg2Si顆粒的增強(qiáng)層，外部為非增強(qiáng)層的梯度分布。
　　 實(shí)驗(yàn)在離心澆注工藝方面對(duì)離心轉(zhuǎn)速、模具溫度、澆

2、注溫度進(jìn)行了對(duì)比。通過采用4種不同的離心轉(zhuǎn)速(450r/min,600r/min,800r/min,2000r/min)，可以發(fā)現(xiàn)，由于轉(zhuǎn)速越快，初晶Si和Mg2Si顆粒的偏聚程度越高，增強(qiáng)層越致密且厚度越薄，所以2000r/min時(shí)筒狀零件的偏聚效果最好；對(duì)比了高模具溫度和低模具溫度情況，可以發(fā)現(xiàn)模具溫度越高，偏聚越充分，偏聚效果越明顯。對(duì)比不同的澆注溫度，發(fā)現(xiàn)澆注溫度為660℃左右時(shí)，筒狀件的缺陷最少，質(zhì)量最好。
　　 對(duì)于

3、筒狀零件的鑄造缺陷，從澆注方式和澆注快慢兩方面對(duì)筒狀零件的氣孔和縮孔的形成原因進(jìn)行了分析和討論，確定了理想的澆注條件。通過對(duì)離心場(chǎng)中顆粒的受力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分析，提出了初晶Si和Mg2Si的2種增強(qiáng)顆粒的混合偏聚機(jī)理，Mg2Si顆粒具有高于初晶Si顆粒的向心運(yùn)動(dòng)速度，在離心力的作用下，速度較大的Mg2Si顆粒與速度較小的初晶Si顆粒發(fā)生碰撞，發(fā)生Mg2Si顆粒黏附和包裹初晶Si顆粒，并推動(dòng)初晶Si顆粒一起向零件內(nèi)部運(yùn)動(dòng)從而形成混合增強(qiáng)的驟

4、變梯度功能復(fù)合材料。
　　 成形的筒狀件采用T6的熱處理方式，對(duì)比檢測(cè)了固溶處理、時(shí)效處理與鑄態(tài)三種狀態(tài)條件下的耐磨性、硬度和拉伸性能。可以發(fā)現(xiàn)，耐磨性都遵循時(shí)效處理結(jié)果優(yōu)于金屬鑄造結(jié)果，金屬鑄造結(jié)果優(yōu)于固溶處理結(jié)果，且時(shí)效處理后增強(qiáng)層的磨損量為0.009g明顯優(yōu)于非增強(qiáng)層磨損量。材料的硬度，在三種狀態(tài)下，固溶處理后的硬度值最高，增強(qiáng)層的硬度值平均為HRB90，時(shí)效次之，鑄態(tài)狀態(tài)最差。而材料的拉伸性能在三種不同的狀態(tài)下，固溶處理

5、以后的抗拉強(qiáng)度是最高的為206.856MPa，其次是時(shí)效處理，最低的是鑄態(tài)條件；延伸率是固溶處理以后的最高為1.155％，其次是時(shí)效處理，最低的是鑄態(tài)條件。
　　 通過采用離心鑄造法完成了具有梯度變化的復(fù)合材料筒狀零件的制備，結(jié)果表明合理的調(diào)整鑄造工藝參數(shù)，調(diào)整復(fù)合材料的凝固時(shí)間和成形零件的凝固順序，通過對(duì)復(fù)合材料設(shè)計(jì)、材料制備與成形的基礎(chǔ)研究表明，實(shí)現(xiàn)梯度復(fù)合材料缸套制備是可行的。該研究表明掌握材料制備與成形過程的規(guī)律，深入探