离心铸造原位TiAlSi/Al-Si复合材料的组织与性能研究

采用离心铸造方法制备Ti Al Si/Al-Si复合材料筒状件,研究铸件沿径向方向的微观组织特征,测试铸件的硬度及耐磨性能。结果表明:复合材料铸件形成了外层聚集大量自生初生Ti Al Si颗粒、内层基本不含初生颗粒的两层组织结构。含有增强颗粒的铸件外层硬度值更大,体积磨损量更小。在离心场中,初生Ti Al Si颗粒的离心运动是形成外层增强复合材料的主要原因。自生颗粒形成了高体积分数颗粒增强区,有效提高了复合材料的硬度与耐磨性能。     

离心铸造自生颗粒增强Al-16Si-7Ti复合材料的组织与性能

采用离心铸造工艺制备自生颗粒增强Al-16Si-7Ti复合材料筒状件,使用SEM,EDS及OM观察分析复合材料中的微观组织,并研究热处理对复合材料组织与性能的影响。结果表明,筒状铸件由聚集大量自生初生TiAlSi/Si颗粒(增强相)的外层、中间无颗粒基体层以及含有极少量初生Si颗粒的内层3层组织构成。热处理后,铸件中初生TiAlSi增强相的形貌基本没有变化,初晶Si颗粒棱角趋于圆润,树枝状共晶组织溶断、钝化,并呈点棒状弥散分布。复合材料时效态的硬度值(HRB)最高,达67.5;且时效态试样耐磨性明显优于铸态,其体积磨损量较铸态减少65%。     

重力/离心铸造工艺制备Al-9Ni-19Si复合材料组织与性能的对比研究

采用重力铸造和离心铸造方法分别制备了Al-9Ni-19Si复合材料铸件。观察了两种铸造工艺成形铸件的微观组织特征,测试了铸件的硬度及耐磨性能。结果表明:重力铸造Al-9Ni-19Si铸件中,初生Al3Ni/Si颗粒在整体上呈现随机分布的状态;而离心铸造Al-9Ni-19Si铸件形成了3层组织,即聚集有大量初生Al3Ni/Si颗粒的外层,含有较多的初生Si/Al3Ni颗粒的内层以及不含颗粒的中间层。重力铸造铸件的初生Al3Ni/Si颗粒体积分数为19.8%³2.0%,硬度值为4432.0%,硬度值为44⁵1HRB,其耐磨体积损失量为19.78 mm3;而离心铸造筒状零件外层的初生Al3Ni/Si颗粒体积分数最高可达41%,硬度值为52.551HRB,其耐磨体积损失量为19.78 mm3;而离心铸造筒状零件外层的初生Al3Ni/Si颗粒体积分数最高可达41%,硬度值为52.5⁷2.0 HRB,外层的耐磨体积量为11.96 mm3。离心铸造Al-9Ni-19Si铸件获得了具有高颗粒体积分数的初生Al3Ni/Si,增强了复合材料,其硬度及耐磨性能优于重力铸造铸件。     

离心铸造自生颗粒增强Al-22Si-6Mg复合材料气缸套的制备及性能检测

采用离心铸造工艺制备自生硬质颗粒增强Al-22Si-6Mg复合材料筒状铸件,对铝合金缸套进行高压铸造,获得全铝发动机缸体。研究了铸件沿径向方向的微观组织特征,检测了铸件的耐磨性能。对缸体进行台架试验并进行铝合金缸体传热性能的理论计算。结果表明,Al-22Si-6Mg铸件内层偏聚了大量的自生初生     

离心铸造Al-18Si-8Ni复合材料的微观组织分布与性能研究

采用离心铸造方法制备了Al-18Si-8Ni复合材料筒状铸件,使用XRD、SEM及OM观察分析了复合材料的微观组织,并检测了材料的硬度及耐磨性能.结果表明:Al-18Si-8Ni筒状铸件形成了具有大量初晶Al3Ni和Si颗粒的外层、中间基体层以及含有较多初晶Si和少量Al3Ni颗粒的内层的三层组织.铸件外层具有最高的硬度及最大的初晶颗粒体积分数.沿筒状铸件半径方向、轴向方向,初晶Al3Ni分别呈现颗粒状及片状两种形貌,且在半径方向上铸件具有更高的硬度.沿铸件半径方向,随着初晶颗粒体积分数的减少,复合材料的耐磨性能逐渐降低.初晶Al3Ni的离心运动与初晶Si的向心运动是形成Al-18Si-8Ni复合材料三层组织的主要原因.     

初生Si及NiAl_3对铝合金硬度和摩擦特性的影响

以Al-14Si-6Ni合金为坯料,采用电磁离心铸造制备了一种自生初生Si颗粒及NiAl_3颗粒共同增强的铝梯度复合材料筒状试样。该复合材料外层含有较高体积分数的初生Si与NiAl_3颗粒形成的增强层;内层含有少量初生Si颗粒并夹杂有大量的气孔和氧化夹渣物。进一步对材料的硬度与摩擦因数进行测定,包括对不同工艺参数下复合材料的微观组织进行分层观察,检测材料各分层的宏观硬度,并对各分层在相同载荷条件下与Si_3N_4的摩擦因数进行研究。结果表明,由于材料的外层存在大量的NiAl_3以及初生Si,不同工艺参数的材料外层的硬度均表现出高于内层的硬度。特别是通过微观压痕比较,发现NiAl_3可以提高初生Si的宏观硬度;同时,通过各层摩擦因数的定量对比分析,发现初生Si和NiAl_3颗粒均可以降低铝合金材料与Si_3N_4之间的摩擦因数。     

离心铸造初生Si及Si/Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的组织与性能

采用离心铸造方法制备初生Si颗粒单独增强Al-18Si初生Si/Mg2Si颗粒混合增强Al-18Si-5Mg铝基复合材料活塞。研究内浇口尺寸、浇注温度、模具温度、离心转速对Al-18Si-5Mg活塞的组织的影响,测试两种离心铸造活塞的硬度和耐磨性能,并与重力铸造Al-18Si活塞进行性能对比。结果表明:内浇口厚度尺寸为8mm,浇注温度为770℃,模具温度为400℃,离心转速为800 r/min时,离心铸造获得成形效果好且无铸造缺陷的Al-18Si、Al-18Si-5Mg活塞,活塞顶部及环槽区分别偏聚有大量的初生Si颗粒和初生Si/Mg2Si颗粒,而活塞裙部为无颗粒的基体组织。离心铸造Al-18Si-5Mg活塞在顶部及环槽的硬度比离心铸造Al-18Si活塞的提高了10%,前者的耐磨性能略优于后者;离心铸造Al-18Si-5Mg活塞顶部及环槽的硬度比重力铸造Al-18Si活塞的提高了10%~20%,且前者的平均磨损量仅为后者的60%~68%.     

电磁-离心铸造Al-19Si-11Ni梯度复合材料的组织与性能研究

采用离心铸造工艺制备Al-Si-Ni复合材料铸件,铸件中形成的初生Al3Ni和初生Si颗粒尺寸较大,不利于发挥初生颗粒对铸件的强化作用。为克服这一缺点,本研究在离心场基础上加入电磁场,采用电磁-离心铸造工艺成功制备了Al-19Si-11Ni铸件,获得了初生Al3Ni和初生Si颗粒主要分布于铸件外侧的梯度复合材料。组织和性能对比分析发现,在离心场中加入电磁场后,可以有效降低初生颗粒的粘连与团聚,并细化晶粒。铸件的耐磨性能主要与初生颗粒的体积分数有关,铸件局部区域的初生颗粒含量越高,相应的耐磨性能也更好。     

挤压铸造工艺对Al-7Si-0.4Mg-0.3Er汽车左支架组织与性能影响

利用OM、SEM微观组织分析以及显微硬度测试研究了挤压铸造成形工艺对Al-7Si-0.4Mg-0.3Er铝合金汽车发动机左支架显微组织和性能的影响。研究结果表明：凝固顺序对铸件不同部位微观组织影响较大,较先凝固左支架薄壁区初生α-Al组织相较于后凝固厚壁区细小。低温浇注成形相较于高温浇注制备左支架初生α-Al更为细小且均匀分布,但低温浇注支架晶间Er-π-AlFeMgSi 相粗大且偏聚分布。高挤压速度相较于低速制备左支架晶间Er-π-AlFeMgSi 相更为均匀细小。低温650℃高速成形铸件热处理后显微硬度为119HV,标准偏差为5HV,相较于低温低速制备左支架14HV性能分布均匀。铝合金发动机支架适于在低温浇铸高速挤压铸造成形。     

Al-12.4Si-4.5Cu合金挤压铸造工艺研究

采用正交试验研究了浇注温度、挤压力、模具预热温度和保压时间等工艺参数对Al-Si-Cu合金的微观组织和力学性能的影响。在ZL102合金中加入纯Cu,得到成分为Al-12.4Si-4.5Cu合金,进行了正交试验。结果表明,与普通铸件相比,挤压铸件微观组织更加细小均匀,力学性能显著提高,但韧性有所降低。Al-12.4Si-4.5Cu合金的最佳工艺方案是,浇注温度为680℃,模具预热温度为200℃,压力为200kN,保压时间为14s。热处理后,抗拉强度比热处理前高了106.8MPa,硬度(HV)比热处理前高了20。     

汽缸套自生颗粒增强Al-Si-Mg复合材料的制备与台架实验研究

观察并研究离心铸造自生颗粒增强Al-Si-Mg复合材料600 cc发动机铝合金缸套铸件沿径向方向的微观组织特征,检测铸件的硬度及耐磨性能;对铝合金缸套内表面腐蚀处理后进行台架实验。结果表明:Al-Si-Mg复合材料铸件内层偏聚了大量的自生初晶Si/Mg_2Si颗粒,体积分数达27.6%,初晶颗粒体积分数较大的区域其硬度值也较高,铝合金缸套内层增强层的体积磨损量低于摩托车用铸铁缸套;低压铸造时,需在铝合金缸体内孔装填耐火棉,以保证铸件充型完整且不发生跑火现象,铸造成型缸体与缸套之间获得良好的冶金结合效果;台架实验测得600 cc铝合金缸体发动机的输出功率最大达22.66 k W,转矩最大达44.37 N·m,达到设计要求。     

挤压铸造工艺对Al-7Si-0.4Mg-0.3Er汽车左支架组织与性能的影响

利用OM、SEM微观组织分析以及显微硬度测试研究了挤压铸造成形工艺对Al-7Si-0.4Mg-0.3Er铝合金汽车发动机左支架显微组织和性能的影响。结果表明:凝固顺序对铸件不同部位微观组织影响较大,较先凝固左支架薄壁区初生α-Al组织相较于后凝固厚壁区细小。低温浇注成形相较于高温浇注制备左支架初生α-Al更为细小且均匀分布,但低温浇注支架晶间Er-π-AlFeMgSi相粗大且偏聚分布。高挤压速度相较于低速制备左支架晶间Er-π-AlFeMgSi相更为均匀细小。低温650℃高速成形铸件热处理后显微硬度(HV)为1190 MPa,标准偏差为50 MPa,相较于低温低速制备左支架(140 MPa)性能分布均匀。铝合金发动机支架适于在低温浇铸高速挤压铸造成形。     

过共晶铝硅自生梯度复合材料的组织与性能

用电磁分离工艺成功制备了初生Si相体积分数、材料显微硬度和耐磨性沿径向呈梯度分布的棒状复合材料 ,讨论了梯度层的形成过程。微观组织观察和力学性能测试结果表明 :在近外壁区域形成了体积分数高达16 %的细小初生Si相偏聚区 ,此区硬度高 ,耐磨性好 ,中心区为细小和均匀的共晶组织 ,两部分之间为颗粒体积分数渐变的过渡区 ,可使耐磨层与基体的结合强度得到保证     

离心铸造原位初生Si/Al3Ni颗粒增强铝基复合材料

采用离心铸造制备原位初生Si和Al3Ni颗粒混合增强铝基复合材料的筒状铸件。通过光学显微镜(OM)、XRD、SEM、EDS以及洛氏硬度计等研究了复合材料的组织和性能。结果表明,所制备的复合材料铸件外层偏聚少量初生Si和大量Al3Ni颗粒,内层偏聚大量初生Si和少量Al3Ni颗粒,中间层没有增强颗粒。从铸件的外层到内层,增强颗粒的含量先降低后升高,复合材料的硬度也呈现出相应的变化规律。分析了离心场中多相流体的运动规律,发现复合材料中增强颗粒的分布与高重力系数G参数条件下初生Si和Al3Ni颗粒的密度以及它们的相互碰撞、粘结等作用有关。     

颗粒增强铝基复合材料制动盘的组织和性能

对过共晶铝合金颗粒增强复合材料在不同的工艺条件下(即不同的浇注温度、模具温度和离心机转速)成形的5个铸件在铸态、T4态和T6态的金相组织、耐磨性和硬度进行对比分析,以得到最适合做制动盘的材料和成形工艺。研究结果表明,Al-21Si-5Mg-1Cu-1Ni-0.2Ti-0.4Mn材料在浇注温度为757℃、模具温度为100℃和离心机转速为400r/min条件下浇注,并进行T6处理后,可得到硬度(HRB)为89.6和耐磨性较好的材料,可用于制作制动盘。     

电磁离心铸造Al-15Si-6Ni外层颗粒增强梯度材料成形机制

在常规的过共晶Al-Si合金离心铸造成形时,初晶Si颗粒、气孔和夹渣会同时在内层偏聚,降低了Si颗粒在增强层的强化作用。为了避免这一缺点,以Al-15%Si-6%Ni为坯料,采用电磁离心铸造的方式进行成形,成功制备了初晶Si与初晶NiAl_3颗粒在外层偏聚,气孔、夹渣在内层偏聚的梯度复合材料。对不同工艺参数下的多个试样分析显示,在离心力场中,密度较大的初晶NiAl_3颗粒会推动密度较小的初晶Si颗粒一起向外层运动,形成外层具有高体积分数的梯度复合材料。电磁场的施加,有效降低了初晶颗粒的粘连与团聚,并细化了晶粒。     

Mg2Si颗粒增强自生铝基复合材料气缸套

采用离心铸造工艺制备初生Si与Mg2Si颗粒混合增强梯度自生铝基复合材料筒状毛坯,并将毛坯加工成气缸套零件,该零件的内壁有2～3 mm厚的颗粒增强层.微观组织显示,内壁增强层中混合颗粒的体积分数高达38%,而外壁没有增强颗粒;硬度与磨损试验表明,增强层具有较高的硬度与良好的耐磨性.磨损过程与复合增强机制表明,初生Si颗粒承担了主要的磨损载荷,Mg2Si相是提高增强效果必不可少的第二相颗粒.     

TiC颗粒增强钢基表面复合材料的组织均匀性

为了优化自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料的工艺参数,利用真空实型铸渗方法制备了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料,重点研究了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料的组织均匀性。结果表明,从基材和复合层间的界面到复合层表面,TiC颗粒尺寸逐渐增大,圆整度逐渐变差,其中Ti-C-20wt%Fe体系复合层中TiC颗粒的尺寸增长量(由1μm增长到2～3μm)明显小于Ti-C体系(由1～2μm增长到约10μm)。与Ti-C体系相比,Ti-C-20wt%Fe体系制备得到的复合层中元素分布、硬度和TiC颗粒的体积分数较均匀,在复合层相同位置上TiC颗粒较小,圆整度较好。     

原位自生Sip/ZA27复合材料的制备及其力学性能

研究了原位自生硅颗粒(Si)p增强ZA27基复合材料的铸造法制备工艺以及该材料的力学性能。结果发现:硅含量一定,随浇注温度的降低Sip变大;浇注温度一定,随硅含量的增加Sip也变大。在适宜的浇注温度(750℃)和硅含量(体积分数10%)下,可得到初生硅颗粒形状规则、尺寸细小、分布均匀的Sip/ZA27。硅的加入使材料中形成了大量的缩松,导致力学性能的严重下降。初生硅颗粒的尺寸、形貌对Sip/ZA27的力学性能也产生影响。P变质效果明显,可以提高Sip/ZA27复合材料的力学性能。     

磁场和铸造工艺对Mg_2Si/Al复合材料中Mg_2Si相的影响

研究了脉冲磁场参数和冷却条件对Mg_2Si/Al复合材料中初生Mg_2Si相尺寸、形态及分布的影响。结果表明,在脉冲磁场作用下,初生Mg_2Si相表现为粗化、偏聚及梯度分布。在多数试验条件下,初生Mg_2Si相沿试样心部到边部体积分数总体上逐渐增加,可制备初生Mg_2Si相呈连续变化的梯度材料;当脉冲电压为100V,脉冲频率为10Hz或模具温度为400℃时,试样中心区域基本不含初生Mg_2Si相,Mg_2Si相主要分布在试样边部,可制备表面增强自生梯度复合材料。在0~300V范围内,随着脉冲电压增加,初生Mg_2Si相的尺寸先增大后减小,转折点为200V;当浇注温度在670~760℃范围内或模具温度在200~600℃范围内,随着浇注温度的增加或模具温度的降低,初生Mg_2Si相的尺寸逐渐减小。