SiCpA357复合材料及低压铸造工艺研究

熊斌

【摘要】： 本文通过对半固态搅拌法制备SiC颗粒增强A357复合材料的研究,确定了优化的制备工艺:基体合金温度为585-590℃;搅拌前将SiC颗粒在600℃预热1h,降温至200℃左右加入基体合金中;SiC颗粒加入过程中搅拌速度为300r/min,在后续的搅拌过程中降为200r/min;颗粒加入速度为40g/min;加完SiC后继续搅拌30min。利用优化的工艺制备出了颗粒分布均匀、界面结合良好的SiCp/A357复合材料。组织观察表明,在SiCp/A357界面上没有发现有害界面反应生成的Al4C3,只存在以SiC作为衬底进行非均质形核的Si,说明在本实验条件下界面反应得到了很好的抑制。采用半固态搅拌法制备的SiCp/A357复合材料中主要缺陷有颗粒团聚、气孔、晶界偏析。 对SiCp/A357复合材料的重熔处理进行了研究,其结果表明,SiCp/A357复合材料重熔温度应控制在750℃以下,重熔静置时间控制在1.5h以内,采用分段式抽真空法对SiCp/A357复合材料进行精炼,既可以避免引起SiC颗粒的脱出,又具有良好的除气效果。同时,在浇注前应对复合熔体进行搅拌,以消除SiC的宏观偏析。 对SiCp/A357复合材料进行了充型性能以及低压铸造成形研究,其结果表明:当SiC含量一定时,随着浇注温度的提高,SiCp/A357复合材料的流动性提高;在相同浇注温度下,随SiC体积含量的增加,SiCp/A357复合材料的流动性明显降低。采用低压铸造制备的SiCp/A357复合材料板件中,SiC颗粒的分布基本均匀一致。 采用低压铸造方法成功浇注了15vol.% SiCp/A357复合材料薄壁圆筒件,铸件轮廓清晰,壁厚均匀,表面光洁平整,没有浇不足、冷隔等铸造缺陷,说明采用低压铸造进行SiCp/A357复合材料薄壁复杂件成形是可行的。

【关键词】：SiC颗粒 A357合金 复合材料 半固态搅拌 低压铸造 【学位授予单位】：哈尔滨工业大学 【学位级别】：硕士 【学位授予年份】：2009 【分类号】：TB331 【目录】：

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摘要4-5 Abstract5-10 第1章 绪论10-24 1.1 引言10

1.2 铝基复合材料概述10-13 1.2.1 铝基复合材料的主要类型10-11 1.2.2 铝基复合材料的性能特点11-12 1.2.3 铝基复合材料的发展与应用12-13 1.3 SiCp/Al 复合材料的研究现状13-19 1.3.1 SiCp/Al 复合材料的制备工艺13-15

1.3.2 SiCp/Al 复合材料物理和机械性能的研究15-16 1.3.3 SiCp/Al 复合材料界面的研究16-17 1.3.4 SiCp 颗粒表面处理研究17-19 1.4 SiCp/Al 复合材料的应用19-20

1.5 SiCp/Al 复合材料研究中存在的问题20-22 1.6 课题背景及研究的目的和意义22-24

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1.6.1 课题背景22

1.6.2 课题研究目的及意义22-23 1.6.3 本论文的主要研究内容23-24 第2章 实验原理及实验设备24-30 2.1 实验原理24-25 2.2 原材料的选择25-26 2.2.1 基体合金的选择25 2.2.2 增强相的选择25-26

2.3 制备颗粒增强铝基复合材料装置的设计26-28 2.4 实验设备及辅助材料28-29 2.5 显微组织分析方法29 2.5.1 光学金相分析29 2.5.2 显微组织SEM 分析29 2.6 复合材料构件低压铸造设备29-30

第3章 SiCp/A357 复合材料制备工艺研究30-46 3.1 SiCp/A357 复合材料的制备30-36 3.1.1 SiC 颗粒的表面处理30-31

3.1.2 SiCp/A357 复合材料制备工艺参数研究31-35 3.1.3 SiCp/A357 复合材料制备工艺的制定35-36 3.2 SiCp/A357 复合材料的重熔与精炼36-45 3.2.1 SiCp/A357 复合材料铸锭的重熔36-39 3.2.2 SiCp/A357 复合材料的精炼39-43 3.2.3 SiCp/A357 复合材料孔隙率的测定43-45 3.3 本章小结45-46

第4章 SiCp/A357 复合材料的低压铸造工艺46-57 4.1 SiCp/A357 复合材料充型性能的研究46-48 4.2 SiCp/A357 复合材料低压铸造工艺制定48-51 4.2.1 升液压力、升液速度的确定48-49 4.2.2 充型压力与充型速度的确定49 4.2.3 增压压力和增压时间的确定49-50 4.2.4 保压时间的确定50

4.2.5 SiCp/A357 复合材料的低压铸造50-51 4.3 低压铸造板件中SiC 颗粒的分布规律研究51-54 4.4 SiCp/A357 复合材料成形件的低压铸造54-56 4.5 本章小结56-57

第5章 SiCp/A357 复合材料的组织分析57-66 5.1 SiCp/A357 界面分析57-59 5.2 杂质相Fe59-60 5.3 铸造缺陷60-65 5.3.1 颗粒团聚61-62 5.3.2 气孔62-64 5.3.3 晶界偏聚64-65

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5.4 本章小结65-66 结论66-67 参考文献67-73 致谢73