离心铸造过共晶Al-Si合金自生梯度复合材料及其阻尼性能

通过改变离心铸造的转速 ,获得了内层有较多初晶Si,其余部分为共晶组织或初晶Si由外向内偏析的Al 16 %Si合金自生梯度复合材料。分析了复合材料的形成过程 ,考察了复合材料的组织 ,研究了复合材料各层的阻尼性能。结果表明 :Al 16 %Si合金自生梯度复合材料内层内耗是中、外层的 1.4倍 ,为充分发挥此材料的阻尼性能 ,应在频率高于 16 0Hz使用     

Al-Si合金中Si相的团粒化研究

利用金相和电子探针等手段研究了AC8C、ZL104和ZL109牌号的亚共晶及共晶Al-Si合金中共晶和初晶Si相的团粒化。结果表明，用Sr变质处理附以热处理手段相结合的方法可促使共晶Si相呈团粒状。并均匀分布干铝基体上，加入TiB2粒子可进一步促进共晶Si趋于圆滑，甚至使之团球化。使用杆状Al-P中间合金后，可使共晶Al-Si合金析出大量初晶Si，获得过共晶组织，并在一定条件下可促使初晶Si晶粒团粒化，提高活塞的金相等级。另外，在Si、Cu和Mg成分一定的条件下可形成一个球状复合相，为获得真正的球状Si相开辟了新思路。     

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。     

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.     

离心铸造Mg2Si和Si自生增强的锌基合金复合材料

采用热模金属型工艺，离心铸造白生增强的Zn-27Al-6．3Mg-3．7Si合金复合材料。研究结果表明；该合金内层聚集大量块状初生Mg2Si、少量块状初生Si，中层不含初生Mg2Si和初生Si，外层含少量初生Mg2Si和初生Si；Zn-27Al-6．3Mg-3．7Si合金在凝固过程中，先后经历了初生Si和初生Mg2Si的析出、富Al的固溶Zn相析出、Mg—Zn化合物的析出，以及发生三元或四元共晶反应；初生Mg2Si和初生Si的位置、数量和分布决定于其内浮速度和离心力场作用下的凝固速度；含有初生Mg2Si和初生Si的内层和外层比中层具有更高的硬度和耐磨性。     

Chongqing Machine Tool (Group) Co., Ltd, Chongqing 400055, China

为了克服单一初晶Si或Mg2Si颗粒增强的铝基复合材料的不足,采用离心铸造的方法制备了一种由初晶Si与Mg2Si两种颗粒互补增强的铝基梯度复合材料。这种复合材料的组织与性能具有明显的梯度分布特征:内层含有高体积分数的初晶Si与Mg2Si颗粒,形成互补增强区域,具有高硬度的特点;外层没有或含有极少量初晶颗粒,形成非增强区域,具有硬度低的特点。对该复合材料的离心成形机制探讨发现,大量细小的初晶Mg2Si颗粒是形成这种梯度复合材料的关键因素。在离心力场中,密度更小的初晶Mg2Si颗粒具有比初晶Si颗粒大得多的向心运动速度,在运动过程中它与初晶Si发生碰撞并推动后者一起快速运动,最终导致二者在内层的剧烈偏聚。此外,为了获得足够的初晶Mg2Si颗粒,在三元Al-Si-Mg合金中,Si的质量分数应不低于19%,Mg的质量分数应不低于4%。     

初晶Si与Mg_2Si颗粒互补增强Al基梯度复合材料的离心成形机制（英文）

为了克服单一初晶Si或Mg2Si颗粒增强的铝基复合材料的不足,采用离心铸造的方法制备了一种由初晶Si与Mg2Si两种颗粒互补增强的铝基梯度复合材料。这种复合材料的组织与性能具有明显的梯度分布特征:内层含有高体积分数的初晶Si与Mg2Si颗粒,形成互补增强区域,具有高硬度的特点;外层没有或含有极少量初晶颗粒,形成非增强区域,具有硬度低的特点。对该复合材料的离心成形机制探讨发现,大量细小的初晶Mg2Si颗粒是形成这种梯度复合材料的关键因素。在离心力场中,密度更小的初晶Mg2Si颗粒具有比初晶Si颗粒大得多的向心运动速度,在运动过程中它与初晶Si发生碰撞并推动后者一起快速运动,最终导致二者在内层的剧烈偏聚。此外,为了获得足够的初晶Mg2Si颗粒,在三元Al-Si-Mg合金中,Si的质量分数应不低于19%,Mg的质量分数应不低于4%。     

磁场对Al-19wt%Si高硅铝合金离心铸造组织的影响

研究了恒定离心转速、不同磁场强度下Al-19wt%Si合金微观组织的演变特征。结果显示,未加磁场时,初晶Si呈长方块状或不规则多边形板块状,共晶Si相为致密的网状,共晶α-Al相多为柱状晶、树枝晶;加入磁场后,初晶Si转变成细小、圆润的颗粒状,初晶Si颗粒周围的共晶Si相由网状变为短棒状、针状;加入磁场后,共晶α-Al相由树枝晶、柱状晶向等轴晶转变,随着磁场强度增大,一次、二次枝晶臂逐渐变短,达到某一磁场强度后几乎变为等轴晶。     

纳米ZnO颗粒对过共晶Al-20Si合金组织和性能的影响

为研究Al-Si合金凝固过程中纳米颗粒如何影响Si相形貌,在Al-20Si半固态区间加入0.5wt.%ZnO纳米颗粒并机械搅拌,铸态Al-20Si-0.5ZnO复合材料的强度和伸长率显著提高。其中,伸长率提高5倍左右。金相及SEM组织显示初晶和共晶Si都得到了细化。初晶Si由星状转变为多面体状或块状,且其边缘及凹角更加圆整,共晶Si的宽度也更加细小。研究结果表明,ZnO加入后与熔融铝液发生还原反应生成Al_2O_3,同时细化了初晶Si和共晶Si,从而显著提高了合金的伸长率。     

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%。     

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。     

Centrifugal casting of functionally graded aluminium matrix composite components

Abstract

Centrifugal casting is one of the potential manufacturing techniques used for producing near net shaped components with improved properties. The emergence of new class of functionally graded materials has made it an important technique for the fabrication of engineering components and structures with graded property. The present paper describes the studies carried out on processing and characterisation of functionally graded Al matrix composites components based on Al–SiC ex situ and Al–Si in situ composites. The microstructural and mechanical characteristics of the composites are evaluated. In the case of Al–SiC functionally graded metal matrix composites discs, the particles are segregated gradiently towards the outer periphery of the casting exhibiting high strength and hardness towards the outer periphery. The Al–Si in situ composite cylinder shows the dispersion of primary Si particles towards the inner periphery of the casting which can lead to higher hardness and wear resistance.     

离心法制备复合材料环的组织和性能

通过离心铸造法制备了外加WC颗粒增强铁基复合材料环,研究了复合材料环表面工作层内WC颗粒分布、界面结构、基体组织和力学性能以及高速磨损性能。结果表明:采用离心铸造法制备的外加WC颗粒增强铁基复合材料环是由外部WCP/Fe-C工作层和芯部Fe-C合金层组成的复合结构,其复合材料工作层厚度约30 mm,复合材料层中WCP分布均匀,体积分数约80%,复合层硬度80～85 HRA,芯部基体组织为贝氏体、石墨和少量复合碳化物,芯部基体硬度为73～76 HRA,冲击韧性大于10J/cm2,复合材料磨损率远低于高速钢,与WC硬质合金相当。     

Dry Sliding Wear Properties of AZ31-Mg<Subscript>2</Subscript>Si Magnesium Matrix Composites

AZ31-Mg₂Si in situ composites were prepared from AZ31 Mg alloy and Si particles by a gravity casting method. Several parameters, such as Si content, normal load, and environmental temperature, were varied in order to study their effects on the composite dry sliding wear properties. Tensile properties and hardness of the composites were also investigated. The obtained results showed that the wear resistance, yield strength, and hardness of the AZ31-Mg₂Si composites increased with size and quantity of the Mg₂Si phase. However, when the environmental temperature increased from 25 to 190 °C, the composite wear resistance and ultimate tensile strength gradually decreased due to softening of the AZ31 matrix.     

Mechanical and Tribological Characterization of Al-Mg2Si Composites After Yttrium Addition and Heat Treatment

In this study, the effect of heat treatment and yttrium additions on the microstructure, mechanical properties, and tribological behavior of Al-15% Mg₂Si cast composites was investigated. The microstructural study revealed the presence of both primary and secondary Mg₂Si phases in all composite specimens and also Y-containing intermetallics (Al₂Y phases) at higher concentrations. It was also found that Y addition does not change the size and morphology of primary Mg₂Si particles considerably, but the pseudo-eutectic Mg₂Si changed from a flake-like morphology to fine fibrous or rod-like one. The results show that proper content of Y additions can reduce the amount of Mg₂Si phase through dissolving it into the matrix, lead to the precipitation of Al₂Y phase and improve the mechanical properties. Modified composites with 0.5% Y exhibited an ultimate tensile strength (UTS) of 290 MPa with an elongation of 4.3%. After exposing the composite to solution treatment at 520 °C for 4 h, the tensile strength of the composite continuously increased with the increase of Y content, and reached the maximum at 1% Y. The maximum UTS and elongation at room temperature for the heat-treated composites are 294 MPa and 7.4%, respectively. In the cast specimen, fracture surfaces are covered by packets with coarse steps, suggesting a brittle mode of failure. Modified composites with 0.5 wt.% Y contain several cracked particles together with a few decohered primary Mg₂Si particles. In solution heat-treated state, dimples present at the fracture surface are rather coarse but homogenous, showing a semi-ductile mode of fracture. Wear test results showed that the wear resistance of all specimens increases with the addition of Y up to 0.3 wt.%. Scanning electron microscopic observations of the worn surfaces revealed that the dominant wear mechanism was abrasive wear accompanied by some delamination wear mode.     

高能超声场下熔体原位反应制备TiB2/Al-30Si复合材料及其耐磨性能

在高能超声场下利用熔体原位反应制备TiB2/Al-30Si复合材料;利用XRD、SEM及干磨损试验研究此复合材料的显微组织和磨损性能。结果表明：在高能超声场作用下,原位TiB2颗粒在铝基体中分布均匀,形貌为圆形或四边形,尺寸在0.1-1.5μm之间。初生硅的形貌为四边形,平均尺寸为10μm。随着高能超声功率的增加,Al-30Si基体合金及TiB2/Al-30Si复合材料的硬度明显提高;特别是当超声功率为1.2 kW时,复合材料的硬度达到412 MPa,是基体合金的1.3倍。复合材料的磨损性能得到明显提高,载荷的变化对复合材料的磨损量影响不大。     

T6热处理对SiCp/Al复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备出不同SiC颗粒体积分数(30%、35%和40%)的SiCp/Al复合材料。采用MMU-5GA微机控制真空高温摩擦磨损试验机对比研究SiCp/Al复合材料在不同体积分数以及T6热处理前后情况下平均摩擦因数和磨损率的变化,通过扫描电镜分析了SiCp/Al复合材料表面磨损形貌,探讨了摩擦磨损机理。试验结果表明,SiC颗粒体积分数在30%~40%变化时,随其体积分数增加耐磨性下降。SiC颗粒体积分数在30%~35%范围内,SiC颗粒与基体结合较好,SiC颗粒作为硬质点起到抵抗磨损和限制基体合金塑性变形产生磨损的双重作用;但SiC含量过多时,颗粒与基体的结合不紧密,磨损时颗粒极易脱落,复合材料耐磨性降低;T6热处理后复合材料的平均摩擦因数和磨损率均降低,这是由于热处理后试样强度及硬度提高,从而提高了试样的耐磨性;常温下复合材料在磨损初期的磨损机理主要以磨粒磨损为主,而在磨损期则为磨粒磨损与剥落磨损共存。     

激光熔敷Ti5Si3／NiTi金属间化合物复合材料涂层组织与耐磨性

以Ti14Si6Ni80合金粉末为原料，利用激光熔敷技术在BT9钛合金表面制得以金属硅化物Ti5Si3为增强相、以金属间化合物NiTi为基体的快速凝固金属间化合物复合材料涂层，分析了该涂层的显微组织，在室温干滑动磨损条件下测试了其耐磨性。研究结果表明，涂层硬度高、组织致密、与基材之间为完全冶金结合，在干滑动磨损试验条件下具有较好的耐磨性。涂层具有优异耐磨性的主要原因是作为耐磨增强相的金属硅化物Ti5Si3具有高硬高耐磨的特性，在涂层中起到了抗磨骨干作用，同时作为涂层基体的金属间化合物NiTi由于具有极强的原子结合键及应力诱发马氏体相变特性，本身具有优异的耐磨性，在摩擦过程中对耐磨增强相Ti5Si3起到了强力支撑作用。