Fabrication and testing of Al–SiCp composite poppet valve guides

Composite materials are replacing the materials used in various fields and are the candidate materials for future growth. Metal matrix composites are the class of composite materials finding vast applications in automotive, aircraft, defense, sports, and appliance industries. In the present work, Al–SiC_p composites with 5–30 wt.% of SiC particulates were fabricated using powder metallurgy as well as casting processes. Mechanical alloying of aluminum and SiC particles was done prior to compaction so as to enhance the properties of the fabricated powder metal components. A custom built sliding valve guide wear test rig was fabricated to simulate the valve stem/guide wear under cold start condition of an engine by reciprocation of a valve stem under different imposed loads, against a stationary poppet valve guide. The hardness and radial crushing load was measured for the Al–SiC_p composite poppet valve guides and were found better than the cast iron poppet valve guides presently used in engines. The wear test of the poppet valve guides was done using valve guide wear test rig, which revealed that the Al-20 wt.% SiC_p and Al-30 wt.% SiC_p composite poppet valve guides have higher wear resistance than the cast iron poppet valve guides. The hardness, radial crushing load, and wear resistance of Al–SiC_p composite poppet valve guides were found to increase with increase in weight percent of SiC_p. The microstructural analysis of the cast and PM Al–SiC_p composites was also done using scanning electron microscope. Finite element analysis of the Al–SiC_p composite poppet valve guide was also done using Ansys software, which supports the successful implementation of the Al–SiC_p composite poppet valve guides for automobiles.     

Pulse current auxiliary TLP diffusion bonding of SiCp/2024Al composite sheet using mixed Al–Cu–Ti powder interlayer

Pulse current auxiliary transient liquid-phase (TLP) diffusion bonding of SiCp/2024Al composite sheet was investigated at 580 °C using mixed Al–Cu–Ti powder interlayer. The optimal process parameters were applied as follows: pulse current density of 1.15?×?10² A/mm², pressure of 0.5 MPa, vacuum of 1.3 ×?10^?3 Pa, and bonding time from 15 to 60 min. The bonding quality is evaluated by microstructure characterization and mechanical properties of the joints. The mechanism of pulse current auxiliary TLP diffusion bonding process is analyzed. The results indicated that the dense joints without cavity consisted of the Al-based solid solution, pure Ti, Al₂Cu, and TiAl₃ intermetallic phase. Microhardness of joints was obviously higher than Cu diffusion zone and substrate materials zone. The shear strength of the joints monotonically increased with bonding time. The maximum value exceeded 154.1 MPa in bonding time of 60 min. Pulse current generated Joule heat, high-temperature spark plasma, and electromigration, which guarantee the feasibility of bonding process and high-quality joint.     

熔铸SiCp／Al—Li复合材料

本文就SiC颗粒增强铝锂合金复合材料熔铸法制造工艺的实验研究,探讨了这种复合材料的熔铸原理及工艺关键,给出了比较详尽的工艺参数。该材料具有较高的机械性能,在合适的工艺参数下,该复合材料可以与基体合金一次性地完成复合铸造。     

SiCp／Al复合材料的断裂行为

用扫描电子显微镜观察了SiCp/Al复合材料的拉伸断口形貌,其断口以韧窝为主,有少量沿晶断特征,对该复合材料的断裂机理进行了分析讨论,SiCp颗粒断裂和SiCp颗粒与基体界面脱粘是微裂纹萌生的主要原因,提出了控制微裂纹,提高复合材料断裂性能的途径。     

SiCp/Al复合材料薄壁板模态分析

运用ANSYS软件对Si Cp/Al复合材料薄壁板进行模态分析,获得前10阶固有频率以及相应振型,并研究了几何尺寸对其振动特性的影响。结果表明:薄壁板的固有频率随厚度的增加呈现上升趋势;而高度和宽度的增加会使其固有频率呈现下降趋势;其中,厚度的变化对固有频率的影响最大。靠近自由端部分振动幅度较大;而且阶数越高,局部振动变形越密集。靠近约束端1/5部分,振动幅度极小。     

SiCp/Al多相材料的切削加工

SiCp/Al是具有优良物理、机械性能的难加工多相材料。为解决加工SiCp/Al材料时刀具磨损快、表面质量差的问题,通过对SiCp/Al切削表面形成机理及刀具磨（破）损机理的分析,采用常规硬质合金刀具材料设计了加工SiCp/Al的新型引导光整刀具,并用传统工艺设备进行了切削试验。结果表明,新型刀具可显著提高刀具耐用度和加工表面质量。     

SiCp／Al复合材料摩擦磨损性能研究

对ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料在干滑动摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了研究，给出了载荷、速度以及体积分数对该复合材料摩擦磨损性能的影响规律，并对该复合材料的磨损机理进行了探讨。     

高比例SiCp/Al复合材料热膨胀性能

研究了高比例、大尺寸SiCp／Al复合材料在不同颗粒尺寸、基体、预处理类型及热循环次数情况下的热膨胀性能。结果表明：1)复合材料相对基体具有更好的热膨胀性能，并随着增强颗粒尺寸变大，其热膨胀系数(CTE)逐渐变小；2)通过选择合适的基体及加入适当量合金元素可以获得具有良好热膨胀性能的高比例颗粒增强铝基复合材料；3)适当的预处理可以显著降低材料的CTE，从而提高其尺寸稳定性；4)随着热循环次数的增加，复合材料的热膨胀系数趋于平稳。     

SiCp/Al复合材料磨削力实验分析

在高精密平面磨床上,使用金刚石砂轮磨削SiCp/Al复合材料,通过PCI-1712高速数据采集卡采集实验数据.在Matlab软件里,通过对不同磨削参数下的信号进行时域和小波分析,得出在砂轮速度一定时,进给速度对磨削力和磨削力比的影响最大,磨削深度次之,实验结果表明:随着进给速度和磨削深度的增大、磨削力增大,磨削力比减小。     

SiCp/Al复合材料的加工表面质量研究进展

SiC颗粒增强Al基(SiCp/Al)复合材料由于具有优良的综合性能,在同类复合材料中有较大优势,因而在许多对材料具有较高要求的行业中得到了广泛应用,并体现出相应的使用价值。但是,增强相颗粒的加入导致SiCp/Al复合材料加工性能降低。本文结合不同加工技术,并从切削参数、刀具条件和增强颗粒特征等角度综述了国内外学者对SiCp/Al复合材料加工表面质量的研究状况,并对其影响因素进行了详细的论述。     

车削SiCp/Al复合材料切削力预测模型研究

车削SiCp/Al复合材料切削力对刀具耐用度、零件加工质量有重要影响.为了准确预测SiC颗粒增强Al基复合材料车削时的切削力,提出了一种较为新颖的切削力预测模型.在该模型中,针对车削特点,将切削力产生归结于2个来源,即剪切变形区、前刀面摩擦区,重点分析了SiC颗粒对前刀面摩擦区的影响.利用PCD车刀和LG Mazak数控车床,进行了体积分数40%的SiCp/Al复合材料的车削实验.结果表明,该切削力模型在一定的切削参数条件下能够较准确地预测切削力.     

纳米硬质合金刀具切削Al/SiCp复合材料实验

SiC颗粒具有较高的硬度,使Al/SiCp复合材料在切削时刀具磨损剧烈。纳米硬质合金具有较高的硬度、韧性及良好的抗磨损能力。制备了纳米硬质合金刀具WC-7Co,对Al/SiCp复合材料进行了切削实验,研究了纳米硬质合金刀具磨损机理和Al/SiCp复合材料的切屑去除机理,以及刀尖处后刀面磨损值。研究认为,纳米硬质合金刀具磨损的机理为SiC颗粒的微切削作用引起的磨料磨损,及SiC颗粒对刀尖刃口的高频、断续冲击引起的微崩刃及微破损,Al/SiCp复合材料的切削实质是断续切削;Al/SiCp复合材料去除机理为切屑的崩碎去除;纳米硬质合金后刀面磨损值较普通硬质合金小30%~50%。     

SiCp／Al复合材料组织结构,力学性能研究

应用氢气保护，半固态搅拌铸造法制备了Ａｌ／ＳｉＣ颗粒增强的复合材料，其制备过程是将温度控制在固－液相温度范围内，通过搅拌器高速旋转使金属产生旋涡，然后向旋涡中逐渐投入颗粒，使之分布均匀。     

SiCp/Al复合材料加工边缘断裂特性分析

应用线弹性断裂力学有限元法计算了SiCp/Al复合材料加工边缘的应力强度因子,定量地表征了工件边缘材料的断裂特性。建立了棱边缺陷形成的力学模型和数学模型。根据断口微观结构特征得出:裂纹的萌生扩展是棱边缺陷形成的主要原因。统计分析了棱边缺陷体积与切削力的二次回归数学模型,获得了棱边缺陷体积随切削力的增加呈非线性单调递增的特性。     

SiCp／Al复合材料的电火花加工实验研究

通过电火花加工SiCp/Al复合材料的实验研究,探索了电流、脉宽、脉间等参数对电火花加工速度和电极损耗的影响,总结出含体积分数为56%的SiCP/Al复合材料电火花加工的合理加工参数.实验表明:当电极直径为φ18 mm时,电流为16 A、脉宽为250～350 μs、脉间为100 μs时,可以进行复合材料的高效加工,对实际生产具有一定指导意义.     

SiCp/Al复合材料切削仿真与实验研究

由于SiCp/Ai颗粒增强复合材料具有高比模量、高比强度、耐磨性好、耐高温和导热导电性能良好等优异性能,使其在工程应用中成为了传统金属的精良替代品.针对体积分数为45％的SiCp/Al颗粒增强复合材料进行切削研究,建立切削仿真模型,从应力场的分布情况、颗粒的断裂与破碎机理以及切屑表面的裂纹扩展等方面对切削机理进行仿真分...     

超精密切削SiCp/Al复合材料力学性能仿真

研究了超精密切削加工SiC_p/Al复合材料的力学性能,运用ABAQUS有限元软件建立三维有限元模型,分析刀具前角和切削速度对切削力的影响。仿真和数据分析表明:平均主切削力随切削速度的增大而增大,随刀具前角的增大而减小;由于SiC颗粒的存在,切削时应力过大容易加快刀具磨损。     

SiCp/Al复合材料锻造工艺三维有限元模拟

运用有限元软件Abaqus对Si Cp/Al复合材料的锻造过程进行三维热力耦合模拟,分析了不同变形温度下,Si Cp/Al复合材料锻造过程的应力应变场、温度场、损伤场的演变规律,强调了锻造过程中鼓形区裂纹的出现。研究结果表明,变形温度对应力场、损伤场有显著影响,当变形温度为300℃和400℃时,锻件鼓形区不出现裂纹,温度增加到500℃时,鼓形区出现裂纹。     

SiCp/Al功能梯度复合材料冲击韧性的研究

铝基碳化硅(SiCp/Al)功能梯度复合材料具有高比刚度、高耐磨性,制备工艺简单,成本低,性能和功能具有很好的设计性等优点。因此在航空航天、医学器材、机械耐磨部件等很多领域都有着研究和应用背景。文中对增强颗粒尺寸分别为6,9,11μm的SiCp/Al功能梯度复合材料的冲击韧性进行了研究。     

SiCp／Al复合材料电火花加工技术研究现状及发展

介绍电火花加工SiCp／Al复合材料的研究现状,提出电火花加工SiCp／Al复合材料技术的研究方向,介绍哈尔滨工业大学电火花加工SiCp／Al复合材料的的研究进展。结果表明,电火花加工SiCp／Al复合材料具有广阔的研究前景,为SiCp／Al复合材料在微细结构加工方面应用提供了技术基础。