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。     

Si与Mg含量对离心铸造原位颗粒增强Al-xSi-yMg复合材料组织与耐磨性能的影响

采用离心铸造方法制备了不同Si、Mg含量的Al-xSi-yMg复合材料筒状铸件, 考察了不同成分铸件的宏观组织和微观组织, 并测试了不同成分铸件的耐磨性能, 分析并计算了Al-xSi-yMg合金中形成初晶颗粒的条件。结果表明: 除Al-15Si-5Mg外, 其他各成分铸件内侧均形成了含有初晶Si或Mg₂Si颗粒的增强层, 外侧为不含颗粒的非增强层。不同成分Al-xSi-yMg铸件中形成的初晶颗粒、颗粒增强层的相对厚度值(k)以及颗粒的体积分数各不相同。随着铸件内层初晶颗粒体积分数的逐渐增加, 材料的耐磨性能显著提高。计算结果表明, 当x≥12.8＋0.49y且y≥5时(15≤x≤30, y≤8), 合金中形成初晶Si、Mg₂Si两种颗粒; 当x<12.8＋0.49y且y≥5时, 合金中只形成初晶Mg₂Si颗粒; 当x≥12.8＋0.49y且y<5时, 合金中只形成初晶Si颗粒; 当x<12.8＋0.49y且y<5时, 合金中不形成初晶颗粒。     

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%.     

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。