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本论文利用快速凝固气体雾化法制备了铝硅合金粉末,并设计制造了热压及热挤压工艺的相关模具装置,通过分析所制备块体材料的组织形态、力学性能及耐磨性能,探索最佳的粉末致密化工艺及最优的工艺参数。研究表明:
1.应用热压工艺制备块体材料时,原始合金粉末外表的氧化膜不易破碎,粉末之间不能形成很好的冶金连接,氧化夹杂、孔隙的存在使试样的密度较低。热挤压法由于其强大的三向应力作用使粉末充分破碎,粉末之间的新鲜金属紧密结合,获得了接近全致密的材料,同时较大的剪切力又能够使晶粒破碎,从而保证了块体材料中初晶硅相尺寸细小且分布均匀。
2.粉末材料热挤压成型过程中,挤压力随着粉末体塑性、挤压温度、润滑条件、挤压比的变化而发生变化,改善金属的流动状态是消除挤压过程中出现的开裂缺陷的最根本途径。对于A390合金粉末来说,粉末颗粒越细,压制性越差,粉末冷压坯料的塑性也越差,因而越容易出现挤压缺陷,但同时粉末颗粒越细,粉末内部初晶硅相越细小,材料的性能越优越,比较实用的解决方法是使用粗细混合粉末。本试验中的粗细混合粉末的搭配是:使用筛分完毕的所有小于150目的原始混合粉末。
3.粉末材料热挤压成型过程中,当挤压比较小时,挤压制品的密度和原始粉末的粒度有关,原始粉末颗粒越细,制品密度越大;挤压比较大时,制品密度和原始粉末粒度没有明显关系,大的挤压比(大于19)可以将任何粒度的粉末挤压为相对密度达99.7%以上的致密制品。挤压温度对制品的微观组织及性能的影响较大,合金中Si含量越高,初晶硅相随挤压温度升高而长大的趋势越明显,当挤压温度与粉末冶金烧结温度相当时,可以获得初晶硅相不明显长大的挤压制品。A390最佳热挤压致密化工艺是:挤压比大于19,挤压温度为500℃。
4.通过热挤压致密化工艺获得的A390合金力学性能显著提高,抗拉强度达到了450MPa左右,热处理后硬度达到150HB以上,同时合金磨损量由熔铸法的76mg减小到了7mg左右。
5.铸态A390合金整个磨损面都以粘附磨损为主;挤压态A390合金磨损为磨粒磨损、粘附磨损以及氧化磨损的综合作用,其中以磨粒磨损和粘附磨损为主;Al-30%Si合金磨损以磨粒磨损为主,兼有一定的氧化磨损。
6.铝硅合金的耐磨性于合金中的硅含量,尺寸分布密切相关:硅含量越高、硅质点越细小,合金的耐磨性越好。同时,硅质点越细小,合金轻载摩擦系数越小。