Effects of volume ratio on the microstructure and mechanical properties of particle reinforced magnesium matrix composite

In the present study, the AZ91 alloy reinforced by (submicron + micron) SiCp with four kind volume ratio was fabricated by the semisolid stirring casting technology. The influence of volume ratio between submicron and micron SiCp on the microstructure and mechanical properties of Mg matrix was investigated. Results show that the submicron SiCp is more conducive to grain refinement as compared with micron SiCp. With the increase of volume ratio, the submicron particle dense regions increase and the average grain size decreases. The yield strength of bimodal size SiCp/AZ91 composite is higher than monolithic micron SiCp/AZ91composite. Both Δσ_Hall–Petch and Δσ_CTE increase as the volume ratio changes from 0:10, 0.5:9.5, 1:9 to 1.5:8.5. Among the composite with different volume ratio, the S-1.5 + 10-8.5 composite has the best mechanical properties. The interface debonding is found at the interface of micron SiCp-Mg. As the increase of volume ratio, the phenomenon of interface debonding weakens and the amount of dimples increases.     

Optimisation of the spark plasma sintering process for high volume fraction SiCp/Al composites by orthogonal experimental design

Based on orthogonal experimental design (OED), the effects of the sintering pressure, sintering temperature and holding time on the mechanical properties of 50 vol% silicon carbide particle (SiCp)/2024Al composites prepared by spark plasma sintering (SPS) were investigated. The sintering pressure had the greatest effect on the density and bending strength of the material among these three factors, followed by sintering temperature and holding time. The optimised process conditions for producing the 50 vol% SiCp/2024Al were sintering at 550 °C for 5 min under 40 MPa, which resulted in a composite material with a density of 99.7% and good interface bonding with a comparatively high bending strength of 766.65 MPa. This work provides a promising method to produce high volume fraction composites that can meet high strength requirements.     

基于综合评价的SiCp/Al磨削表面质量试验

目的 针对高体积分数SiCp/Al加工表面缺陷复杂多样,提出其表面质量综合评价方法,研究磨削参数对SiCp/Al磨削表面质量的耦合影响规律,优化加工工艺.方法 基于SiCp/Al磨削加工表面缺陷,提出粗糙度综合指标SR为主、表面形貌为辅的表面质量综合评价方法,采用全因子试验方法分析低、高进给速度工况下主轴转速和磨削深度对表面质量的影响规律.借助Abaqus软件揭示SiCp/Al磨削表面形成机理,解释试验结果.结果 小切深(ap为5μm和20μm)时,粗糙度综合指标SR随着主轴转速ns的增加而先递减再增大;大切深(ap为40μm和80μm)时,SR随着ns的递增而递减或近似递减.低主轴转速(ns为2000 r/min和4000 r/min)时,SR随着磨削深度ap的增加(ap由5μm递增到80μm)而先增大再减小而后又增加;高主轴转速(ns为6000 r/min和8000 r/min)时,SR随着ap的增加而先增加再低进给量时减小或高进给量时增加.获得最佳磨削表面质量的最优磨削参数是:进给速度vf=50 mm/min,磨削深度ap=5μm,主轴转速ns=6000 r/min.兼顾磨削效率和表面质量的最优磨削参数是:vf=50 mm/min,ap=80μm,ns=8000 r/min.结论 表面质量综合评价方法的可靠性较高,主轴转速和磨削深度对表面质量的影响具有耦合性,减小磨削深度、采用适当主轴转速有助于改善表面质量.     

热处理对SiCp/Al-6%Mg复合材料微观组织及腐蚀行为影响

采用无压渗透法制备了SiC_p/Al-6%Mg复合材料,并对其进行4种热处理工艺(T1, T4, T6和退火)处理,研究了热处理工艺对SiC_p/Al-6%Mg复合材料微观组织和腐蚀行为的影响。结果表明,复合材料在4种热处理工艺下均出现了界面反应产物Si、MgA1₂O₄ 和 Mg₂Si。界面反应产物析出量(f)与热处理工艺密切相关,并呈现出如下规律：f_T1< f_T4< f_T6annealing。界面反应析出物是导致复合材料发生点蚀的主要原因,从而促进复合材料发生腐蚀。热处理工艺能影响界面反应析出量而间接影响复合材料的腐蚀速度(j_corr)：j_corr-T6> j_corr-T4> j_corr-T1。     

SiC_p/Al复合材料薄壁件断裂损伤仿真研究

利用有限元仿真软件ABAQUS对体积分数为56%的Si C_p/Al复合材料薄壁件进行切削加工仿真,研究了切削加工过程中不同切削深度对工件产生裂纹的位置和出现裂纹时工件顶部变形量的影响规律。结果表明:切削深度的改变会对工件产生裂纹的位置和出现裂纹时工件顶部变形量有不同的影响,其中切削深度在1mm左右会使工件上出现裂纹的位置急剧改变,裂纹出现位置从工件的中部变化到工件的下部,增大切削深度后裂纹的位置集中出现在工件下部区域;而切削深度改变,在工件上出现裂纹时,工件顶部的变形量没有太大变化,主要集中于0.7mm左右,这主要是Si Cp/Al复合材料内部Si C颗粒数量多、粒径大使得自身协调变形能力差的缘故。     

SiC_p／Al复合材料的抵抗温度变化尺寸稳定性

采用无压渗透法制备SiCp/Al复合材料,以温度单程变化时热膨胀系数(CTE),累积残余应变(εcr)为指标,研究复合材料在抵抗温度变化时的尺寸稳定性。结果表明,复合材料的热膨胀系数明显低于未增强铝基体,适当的预处理可显著提高其尺寸稳定性,适当的合金元素可提高颗粒增强铝基复合材料抵抗温度变化尺寸稳定性,随热循环次数增加,复合材料的εcr和CET稳定性趋向平稳。     

基于二维切削的SiCp/Al复合材料表面损伤形成机制研究

目的 研究SiCp/Al复合材料切削过程中的表面损伤形成机制。方法 以SiCp/Al复合材料为研究对象,展开基于二维切削的仿真和实验研究,建立了包含铝合金2A14、SiC增强颗粒以及界面特性的SiCp/Al切削仿真模型,对作用于不同Si C颗粒部位的材料表面缺陷进行分析;接着利用高速直线电机搭建能映射二维切削条件的实验平台,在不同材料去除条件下,利用扫描电子显微镜和白光干涉仪对切削表面形貌进行测试,分析和验证切削表面损伤形成条件。结果 SiCp/Al复合材料切削表面损伤机理取决于SiC颗粒相对刀具切削路径的位置：当刀尖作用在Si C颗粒的顶部时,表面损伤主要为基体撕裂、颗粒破碎;当刀尖作用在Si C颗粒的中部时,表面损伤为颗粒破碎导致的裂纹和凹坑;当刀尖作用在Si C颗粒的底部时,表面损伤为颗粒拔出导致的凹坑。随着切削深度的增大,凹坑逐渐增多,表面粗糙度随之增大。结论 利用二维切削模型仿真方法和高速直线电机实验,可以有效研究复合材料切削损伤形成机制。Si C颗粒相对刀具切削路径的位置不同会导致切削损伤不同;SiCp/Al复合材料表面质量会随着切削速度的提升而有所提高。     

SiCp／101铝基复合材料的填加焊丝TIG焊

研究在TIG焊焊接SiCp／101铝基复合材料时，填加铝镁和铝硅焊丝对接头组织性能的影响。结果表明，填加焊丝抑制了熔池中的界面反应。改善了熔池的流动性。但接头中缺乏增强相，焊缝与母材成分相差很大，降低了接头的机械性能。填加铝硅焊丝优于填加铝镁焊丝。     

超声振动磨削放电复合加工SiCp／Al试验研究

针对SiCp／Al的加工,提出一种超声振动磨削放电复合加工的方法．从加工效率、加工稳定性及表面质量等方面与电火花加工进行了对比试验研究。分析了两种加工方法的脉冲宽度和峰值电流对加工速度和表面粗糙度的影响,结果表明：电火花加工的表面粗糙度平均值为尺04．5μm,超声振动磨削放电复合加工的表面粗糙度平均值为Ra2μm：超声振动磨削放电复合加工的稳定性比电火花加工好,但加工速度较低。通过扫描电镜对两种加工方法下零件表面形貌和重熔层进行了观测,对试件表面进行了X射线衍射分析,表明采用超声振动磨削放电复合加工SiCp／Al复合材料可获得较好的表面质量。     

SiC颗粒和芯部材料厚度对泡沫SiCp/ZL104层合板弯曲性能的影响

用泡沫SiCp/ZL104复合材料作为芯部材料制备了泡沫SiCp/ZL104层合板,测试和分析了该类层合板的三点弯曲性能。结果发现,在相对密度相同的情况下,泡沫5%SiCp/ZL104(体积分数,下同)层合板的弯曲刚度随SiC粒度的减小以及芯部材料厚度的增加而增大;由于环氧树脂的填充,使得层合板刚度P/δ的实验值比计算值略高;SiC颗粒体积分数的增加致使泡沫SiCp/ZL104层合板的抗弯曲刚度增大;弯曲过程中的主要破坏模式是芯部剪切和局部凹陷,但随着芯部材料厚度的增加,层合板的破坏方式由芯部剪切向表面屈服和芯部凹陷过渡。