ZL112Y合金半固态SiC颗粒增强复合材料的制备和成形工艺研究

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本论文研究了半固态搅拌法制备SiC颗粒增强ZL112Y铝基复合材料的制备工艺,进而研究了该铝基复合材料的半固态模锻触变成形工艺,优化了半固态搅拌、重熔及锻压工艺参数,初步获得了符合工业化生产的工艺参数。根据半固态搅拌法制备颗粒增强铝基复合材料的制备原理,自行设计了一套搅拌装置,通过该搅拌装置成功制备了不同含量及不同尺寸的SiC颗粒增强铝基复合材料。在对实验过程的观察中发现,搅拌器的转速与位置需要根据搅拌时液面的现象进行调整,当液面上有颗粒堆积现象时,需要升高搅拌器高度(尽量处于熔体的中部)并提高速度,保证液面上搅拌器的附近有旋涡的形成,使SiC颗粒较易分散至熔体中;同时,要保证搅拌引起的旋涡不宜过大,以减少气体的卷入。通过对所制备的这一系列材料的微观组织、孔隙率及其硬度的研究与测试,表明使用半固态搅拌法可以制备小直径(9.7μm)、高体积分数(30%)的SiC颗粒增强铝基复合材料,且颗粒在基体中分布均匀,界面结合情况较好,在重力下浇注,颗粒含量越高,致密性越差。采用高频感应加热装置和温度测定装置,研究了自行制备的30vol%SiCp/Al复合材料的二次重熔工艺。实验结果表明:坯料的外形、成分、致密度对复合材料的重熔工艺有着重要的影响;因此,合理的重熔工艺是在最低振荡电流下间歇式的加热,使坯料边部和心部的温度较均匀上升至560℃,然后进行模锻。采用铅棒模拟了复合材料的半固态模锻成形,并对模具进行了修改,完成了30vol%复合材料的半固态模锻成形。实验过程中发现:在合模力一定的前提下,复合材料的重熔温度、模具预热温度以及油压机的合模速度对复合材料的成形有着重要的影响,合理的成形工艺为:重熔温度为560℃,模具预热温度为250℃以上,坯料移入前将上下模降至10-15cm的距离,压力机下行速度调至最大。通过金相组织的观察,以及密度和硬度的测试,发现经半固态模锻后的复合材料,颗粒仍旧均匀分布,界面结合情况有较大的改变,致密度和硬度有了明显的提高,表明SiC颗粒增强铝基复合材料进行含少量液相的半固态模锻具有良好的成形性能,能在较低变形力下进一步成形为形状较复杂的制品,成为颗粒增强铝基复合材料二次成形的一种实用、可靠的方法。进行了30vol%复合材料在室温下的拉伸强度与延伸率的测试,结果表明:3#试样标距内的实际抗拉强度应该大于181.80MPa,因此本实验通过进一步改善成形工艺有望制备具有高性能的复合材料。
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