论文部分内容阅读
摘要：过共晶铝硅合金以其低密度、高强度、较好的耐磨性能、良好的尺寸稳定性等优点,广泛应用于航空航天和汽车制造等领域。目前主要的生产方法为铸造法及粉末包套挤压方法,但是传统铸造法铸造过程中初晶硅组织的长大严重破坏了铝基体的连续性,降低了材料的机械性能。而包套挤压方法中对包套材料要求较高,且制备过程中会在一定程度上影响挤出材料组织的均匀性。为改善这一情况,本文采用雾化制粉,利用热压方法代替包套对粉末进行预成型后再挤压,最终成功制备具有较好性能的过共晶Al-23Si合金,并对合金显微组织及力学性能做了相关的基础性研究。本实验所用原料为氮气雾化技术制备的Al-23Si-1Mg-2.9Cu-1.9Fe铝硅合金粉末,并根据粒度组成不同分为三种粉末。主要研究了粉末原料的物相、组织及热稳定性等特性；采用粉末热压方法制备了预成型坯体,并对热压参数(热压温度、粉末粒度组成)进行了优化；对热压坯体进行热挤压得到挤压棒材,对挤压过程(挤压速率、挤压温度)进行优化；优化了挤压棒材的热处理工艺。对粉末原料基本性能研究表明：氮气雾化合金粉末1#、2#、3#颗粒尺寸分别集中在30μm～80μm,10μm～30μm,60μm～100μm。粉末组织主要包括a-A1基体与呈不规则块状初晶硅相。硅相颗粒尺寸在3-5μm。粉末内部存在疏松。在大气环境下,随着温度升高至500。C,硅相尺寸长大明显并产生棱角。粉末真空热压坯体的显微组织及力学性能表明：在相同压力(10MPa)条件下粉末的最佳热压温度为575℃。在此工艺条件下坯体的密度达到理论密度的98%,1#(30μm～80μm)、3#(60μm～100μm)粉末热压坯体的拉伸强度达到230MPa。实验所用热挤压挤压比为11,粉末热压坯体热挤压挤出棒材结果表明,合金较好的挤压工艺条件为：坯体保温条件为,480。C、30min、挤压压力为330Mpa。在此条件下挤出棒材密度接近理论密度,孔隙率为0%。挤压后合金组织主要是由剪切变形带组织和沿挤压方向流线分布初晶硅带组成。坯体中处在应力较大的边缘区域结晶长大形成粗晶带,且粗晶带组织具有遗传性。对热处理工艺进行优化研究表明：适合的热处理的条件为固溶处理480。C、8h,时效180℃、8h。热处理后材料初晶硅相尺寸控制在10μm以内。力学性能结果表明,常温条件下,1#(30-80μm)、2#(0-30μm)、3#(50-100μm)试样的抗拉强度及硬度结果相近,抗拉强度为440MPa左右,硬度为90HRB。断裂主要是由大的硅相颗粒开裂及硅相与基体的剥离引起的。宏观显示为脆性断裂、微观有韧性韧窝存在。2#(0-30μm)、3#(50-100μm)热处理样在300℃下的拉伸强度为200MPa左右。经热处理之后材料在20℃-300℃区间内热膨胀系数为18.4423×10-6。本文通过探讨实验过程对材料显微组织及力学性能的影响,并不断优化过程。对利用粉末冶金方法制备过共晶铝硅合金具有参考意义。