簡單異形截面SiCp-Al復(fù)合型材鑄軋近終成形工藝模擬與實驗研究.pdf

1、碳化硅鋁基復(fù)合板（SiCp/Al復(fù)合板）具有比強度高、比模量大、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、熱膨脹系數(shù)小等諸多優(yōu)點，在航空航天、電子封裝等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。由于SiCp/Al復(fù)合材料成性性能差，且應(yīng)用部分多具有異形截面特征，目前大多采用攪拌鑄造、噴射沉積、粉末冶金、擠壓鑄造等制備坯料，然后進行熱軋、鍛造等方式形成終態(tài)產(chǎn)品，其加工流程繁瑣、單件成本較高。為縮短生產(chǎn)流程，解決二次成形困難問題，本文以6061鋁合金為研究對象，在傳統(tǒng)制備基礎(chǔ)上，探索了

2、機械攪拌法制備復(fù)合漿料及變截面鑄軋復(fù)合制備工藝。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)在SiCp/Al復(fù)合漿料制備方面，本文通過碳化硅顆粒高溫焙燒預(yù)處理、多批次添加工藝及分時調(diào)速攪拌方式，成功制備不同直徑顆粒 SiCp復(fù)合鑄件。金相及制備工藝研究表明，SiCp分布均勻度與顆粒直徑、攪拌時間成比例關(guān)系，其中，顆粒直徑越大，越易分散；顆粒直徑越小，越易團聚，并且顆粒成圈狀分布，在顆粒直徑為80μm時分布最優(yōu)。攪拌時間越長，顆粒均勻度越好。

3、
　　(2)在現(xiàn)有鑄軋平臺基礎(chǔ)上，搭建機械攪拌鑄軋實驗平臺，成功制備不同含量（4wt％、8wt%、12wt%）、不同直徑（23μm、80μm）的SiCp/Al復(fù)合板帶。宏/微觀分析表明，顆粒直徑為80μm、含量為12%的復(fù)合板帶表面質(zhì)量最好、顆粒分布均勻，拉伸斷裂為基體斷裂伴隨顆粒斷裂形式，具有很好的力學(xué)性能和表面質(zhì)量，滿足初步設(shè)計要求。熱處理工藝研究表明，水冷或者固溶處理+人工時效（T6）處理工藝會掩蓋顆粒增強效應(yīng)，應(yīng)采用空冷處

4、理工藝進行顆粒增強規(guī)律分析。
　　(3)在SiCp/Al復(fù)合板帶的制備工藝的基礎(chǔ)上，通過有限元模擬和實驗開展了對稱異形截面和非對稱異形截面SiCp/Al復(fù)合型材的制備研究。
　　針對SiCp/Al對稱異形截面復(fù)合板帶，分別開展?jié)茶T溫度、凝固過程、鑄軋速度等成形工藝的影響規(guī)律分析。分析結(jié)果表明，在澆鑄溫度為953K，鑄軋速度為1.8m/min時固/液相區(qū)溫度場在寬度方向分布不均，但截面寬度和厚度方向上不存在溫度奇異點，具有較好

5、的成形效果。在上述工藝的指導(dǎo)下，成功制備了微觀組織、微觀形貌均勻的對稱異形截面板帶，驗證了有限元結(jié)果的正確性。
　　針對SiCp/Al非對稱異形截面板帶的制備工藝，本文采用實驗探究—數(shù)值模擬機理分析—實驗驗證的方法進行了探索研究。首先，將對稱異形截面鑄軋制備工藝應(yīng)用于非對稱異形截面SiCp/Al的制備過程，發(fā)現(xiàn)不管是否有顆粒的存在，在孔型側(cè)均有裂紋及未凝固組織存在，且裂紋等缺陷均集中在孔型區(qū)域。然后進行了缺陷產(chǎn)生機理的有限元分析，