自生顆粒增強(qiáng)Al-xSi-9Ni梯度功能復(fù)合材料組織性能研究.pdf

1、本課題采用離心鑄造法制備了自生初晶Al3Ni顆粒單獨(dú)增強(qiáng)和自生初晶Al3Ni和Si顆?；祀s增強(qiáng)Al-xSi-9Ni梯度功能復(fù)合材料筒狀零件。運(yùn)用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)以及X射線衍射分析(XRD)等微觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)手段和硬度、耐磨性能測(cè)試等性能檢測(cè)設(shè)備，系統(tǒng)研究了該體系合金的離心鑄造成形工藝、合金鑄件沿徑向截面和垂直于徑向截面兩個(gè)方向的微觀組織特征和性能等。
　　 對(duì)離心鑄造成形的Al-9Si-9Ni、Al-15

2、Si-9Ni、Al-19Si-9Ni三種成分復(fù)合材料筒狀零件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：(1)Al-9Si-9Ni鑄件外層分布著初晶Al3Ni，內(nèi)層為共晶組織；Al-15Si-9Ni和Al-19Si-9Ni鑄件的外層偏聚初晶Al3Ni和部分Si顆粒，內(nèi)層偏聚少量初晶Al3Ni和大量Si顆粒，中間層為共晶組織。沿徑向截面上初晶Al3Ni大多呈長(zhǎng)條狀，沿垂直于徑向截面上初晶Al3Ni大多呈顆粒塊狀。在離心力場(chǎng)中，初晶Al3Ni顆粒的相對(duì)加速度是初晶Si

3、顆粒的3倍，但方向相反。復(fù)合材料鑄件中的分層現(xiàn)象及自生顆粒的分布與顆粒和熔體的密度差、較大的重力系數(shù)G(850)以及顆粒之間的相互碰撞、粘結(jié)等作用有關(guān)。(2)由于大量Al3Ni和Si顆粒聚集于Al-19Si-9Ni、Al-15Si-9Ni鑄件的外層，其硬度值分別達(dá)到HRB70.5和HRB66.5，而Al-9Si-9Ni鑄件的外層僅聚集少量Al3Ni顆粒，其最高硬度僅為HRB39。此外，由于Al3Ni顆粒存在長(zhǎng)徑比，沿垂直于徑向截面上的硬

4、度要比徑向截面上相同位置的硬度高3-4HRB；(3)從鑄件的外層到內(nèi)層，Al-9Si-9Ni的體積損失量逐漸增加，在鑄件的內(nèi)層達(dá)到最高21.21mm3；而Al-15Si-9Ni和Al-19Si-9Ni的體積損失量均先增加后減少，在中間層達(dá)到最高，分別為16.34mm3和16.73mm3。在鑄件的外層，Al-19Si-9Ni的耐磨性能最好，Al-9Si-9Ni的耐磨性能最差。
　　 低澆溫、低模溫時(shí)，熔體的粘度較大，顆粒偏移的阻力

5、變大，金屬模具的急冷作用使得與模具內(nèi)表面先接觸的合金熔液快速凝固，因此，鑄件外層的顆粒較細(xì)小：隨著澆溫、模溫的提高，顆粒偏移的阻力變小，較高的模溫延長(zhǎng)了合金液的凝固時(shí)間，使得顆粒有充分的時(shí)間偏移，使得組織更致密，偏聚區(qū)域變窄，鑄件外層增強(qiáng)顆粒的體積分?jǐn)?shù)增多。因此，高澆溫、高模溫時(shí)鑄件外層的硬度及耐磨性能最好，低澆溫、低模溫時(shí)鑄件外層的硬度及耐磨性能最差。
　　 研究了鑄造方法對(duì)Al-19Si-9Ni復(fù)合材料組織性能的影響。重力鑄