多孔預(yù)制件內(nèi)Al-Cu合金的離心滲流和宏觀偏析研究.pdf_第1頁(yè)
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1、金屬基復(fù)合材料(MMCs)相對(duì)于其他單一成分材料來(lái)說(shuō)具有較好的比強(qiáng)度、耐磨性、抗疲勞、斷裂等性能,在航空航天、汽車(chē)、以及其他工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。壓力浸滲法是制備MMCs中應(yīng)用較為廣泛的方法,離心滲透鑄造是液態(tài)浸滲法的一種,該方法具有余量少、混合均勻等優(yōu)點(diǎn),并在MMCs 制備中有較好的應(yīng)用發(fā)展前景。離心滲鑄過(guò)程涉及到多孔介質(zhì)中的滲流理論,包括多孔介質(zhì)中的多相流動(dòng)、相變傳熱、傳質(zhì)等問(wèn)題。多孔介質(zhì)中的多相流動(dòng)是目前傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)涉及

2、面廣、研究難度大而又具有廣泛工程應(yīng)用背景的重要課題。 本文對(duì)Al-4.5%Cu 二元合金在一維直板預(yù)制件模型中的離心滲流過(guò)程的滲透動(dòng)力學(xué)和傳熱、傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行了理論分析計(jì)算。得出進(jìn)口合金溫度、預(yù)制件預(yù)熱溫度、孔隙率、離心轉(zhuǎn)速等參數(shù)對(duì)復(fù)合鑄錠的溫度、濃度、固相體積分?jǐn)?shù),壓力等分布影響,并分析了溶質(zhì)銅的分布情況以及對(duì)凝固過(guò)程宏觀偏析程度的影響。計(jì)算結(jié)果表明,進(jìn)口合金的過(guò)熱程度對(duì)重熔區(qū)的大小有重要的影響,過(guò)熱加劇,重熔區(qū)長(zhǎng)度明顯增大;溶

3、質(zhì)富集主要發(fā)生在靠近滲透前沿處,該處共晶區(qū)的平均溶質(zhì)濃度增加導(dǎo)致溶質(zhì)富集;多孔預(yù)制件的孔隙率、預(yù)熱溫度以及離心轉(zhuǎn)速對(duì)宏觀偏析的影響程度不同,增大孔隙率、多孔體預(yù)熱溫度有利于降低宏觀偏析程度;離心轉(zhuǎn)速對(duì)滲透過(guò)程的壓力分布及宏觀偏析的影響也同樣顯著。文中對(duì)Al-4.5%Cu 二元合金在Al2O3 多孔預(yù)制件內(nèi)的離心滲透鑄造進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在制備Al-4.5%Cu 二元合金過(guò)程中,通過(guò)對(duì)不同方案樣品的金相顯微組織分析,方案1 較其他兩種方案由

4、更好的組織結(jié)構(gòu)。因此選定第一種熔煉方案,即先熔制成Al、Cu 各50%的中間合金,然后加入剩余基體鋁塊熔煉成Al-4.5%Cu 二元合金鑄錠。在制備Al2O3 預(yù)制件的過(guò)程中,通過(guò)多次試制總結(jié)出要制作理想的多孔預(yù)制件應(yīng)注意以下幾點(diǎn):Al2O3 纖維的研磨過(guò)程中,防止其過(guò)度粉碎成粉末狀,否則在之后混合成的漿料中,液態(tài)溶劑不易滲出;Al2O3 短纖維與粘結(jié)劑的混合漿料倒入冷壓模具中,應(yīng)待液態(tài)溶劑在纖維漿料中完全滲流完畢后,再進(jìn)行加壓成型,否

5、則內(nèi)部殘留有的熔劑,在預(yù)制件燒結(jié)完成后會(huì)形成致密塊狀,而非均勻多孔組織;在預(yù)制件的冷態(tài)成型過(guò)程中,應(yīng)控制好成型壓力的大小,避免加壓過(guò)大導(dǎo)致孔隙率過(guò)小,或壓力過(guò)小使得預(yù)制件過(guò)分疏松;預(yù)制件冷壓成型后,應(yīng)在自然通風(fēng)處風(fēng)干一段時(shí)間,然后再進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格遵循燒結(jié)工藝,盡量避免升溫過(guò)快,否則容易導(dǎo)致預(yù)制件開(kāi)裂。選取不同離心轉(zhuǎn)速進(jìn)行Al-4.5%Cu 二元合金在Al2O3 多孔預(yù)制件內(nèi)離心滲鑄實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)試樣宏觀外貌觀察可發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)速過(guò)高,

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