Al-Cu-Fe準晶的制備及在ZL101中的應用.pdf

1、鑄造Al-Si合金有著非常好的鑄造性能，如：流動性比較好，收縮率小，鑄件致密和耐磨性好，在鑄造鋁合金中應用最為廣泛。然而通過常規(guī)鑄造法得到的合金中，初晶硅十分粗大，這降低了鋁合金的綜合性能。目前，通過向Al-Si合金中添加第二相，來改變鋁硅合金中 Si相的形態(tài)。Al-Cu-Fe準晶顆粒具有高的硬度、高的耐磨性，且和鋁合金基體的潤濕性好。因此非常適合作為Al-Si合金的強化相。本文中，為了改善Al-Si合金的性能，將Al-Cu-Fe準晶加

2、入ZL101合金中。這樣一方面可以制備高性能的鋁基復合材料，另一方面也能為準晶的研究提供一定的實驗基礎。
　　本文中，通過常規(guī)鑄造的方法制備了Al63Cu25Fe12和Al60Cu25Fe12Si3準晶中間合金，對它們的微觀結(jié)構(gòu)和相的組成進行分析。并研究熱處理對準晶相形成的影響。選取一種最佳的Al-Cu-Fe準晶成分作為Al-Si合金的強化相。將選擇的準晶顆粒進行球磨處理，以此來獲得75-150μm的準晶顆粒。然后將準晶顆粒加入Z

3、L101合金中，研究準晶加入量、澆注溫度和熱處理工藝對Al60Cu25Fe12Si3顆粒增強ZL101復合材料微觀組織和性能的影響。
　　試驗表明：鑄態(tài) Al63Cu25Fe12和Al60Cu25Fe12Si3準晶中間合金在凝固的過程中主要生成了4種不同的相：λ相、準晶I相、β相（τ相）和其他微量相。經(jīng)過熱處理后，β相衍射峰強度明顯降低，與Al63Cu25Fe12相比，Al60Cu25Fe12Si3合金中大部分β相轉(zhuǎn)變?yōu)镮相，且其

4、他雜相較少，因此選擇Al60Cu25Fe12Si3準晶作為Al-Si合金的強化相。Al60Cu25Fe12Si3準晶顆粒加入ZL101合金后，初生α-Al的尺寸減少，且它的一次枝晶變細，二次枝晶的間距變小，其形態(tài)開始轉(zhuǎn)變?yōu)樗N薇狀。另外片狀或者長條狀的共晶Si被打斷，其尺寸變得比較細小。隨著準晶加入的含量的增多，α-Al和共晶Si會進一步細化。
　　準晶的加入的質(zhì)量分數(shù)分別為1％、2.5%和4%，當澆注溫度一定時（680℃、700℃

5、或者720℃），隨著加入含量的增多，復合材料的抗拉強度、硬度和伸長率有著較為明顯的提升。當澆注溫度為700℃，Al60Cu25Fe12Si3準晶顆粒加入量為4%時，復合材料的性能最佳。其抗拉強度、硬度和伸長率分別為245 MPa、69.6 HB和4.1%。與ZL101相比分別提高了34.6%、35.9%和28.1%。根據(jù)宏觀斷口和微觀斷口的綜合分析，準解理斷裂是準晶增強ZL101復合材料主要的斷裂方式。
　　本文中熱處理的工藝為：

6、固溶535℃±5℃/8h，65℃水淬后，時效溫度為170℃±5℃，時間為6h、8h和10h。由于共晶Si在熱處理的過程中完成了熔斷和粒化的階段，所以熱處理后，共晶Si的形貌有了明顯的改善，大部分共晶Si已經(jīng)?；?。此外熱處理后，復合材料的力學性能有了較為明顯的提高。隨著時效保溫時間的增加，其抗拉強度和硬度也會有一定的增加，但其塑性有所降低。當時效溫度為10 h時，抗拉強度、硬度和伸長率分別為302 MPa、103.6 HB和5.5%，與鑄