喷粉法制备高硅铝合金半固态浆料及压力成型研究

发布时间：2020-04-02 11:08

【摘要】：高硅铝合金具有良好的耐热性、耐磨性、耐蚀性以及低的热膨胀系数等优点,是制造汽车发动机的活塞、缸套以及刹车盘等耐热、耐磨零件的理想材料。在传统工艺中通常采用变质剂对高硅铝合金中的初生Si进行细化处理,不仅达不到理想的细化效果,还存在效率低、污染大、不稳定等问题,这也是制约高硅铝合金发展和应用的根本原因。为此,本文以Al-20%Si合金为研究对象,采用半固态法处理高硅铝合金熔体,利用喷粉法制备高硅铝合金半固态浆料并在压力下成型。利用OM、SEM、EDS、摩擦磨损试验等方法,研究了喷粉法制备半固态浆料工艺参数对高硅铝合金组织和性能的影响,探讨了Al-20%Si合金半固态浆料在压力成型过程中压力对合金组织与性能的影响,为高硅铝合金材料在制备活塞和刹车盘等工业应用提供了理论基础和试验依据。研究结果表明,通过雾化法所获得的Al-20%Si粉粒的形貌以近球状为主;粉粒直径越小,组织中的初生Si、共晶硅越小,粒径从3mm到0.075mm,初生硅晶粒平均尺寸由29.84μm减小到2.38μm。与内冷法和气体搅拌法相比,采用喷粉法可以获得更细小圆整的高硅铝合金半固态浆料组织。试验结果表明,采用喷粉法制备A1-20%Si合金半固态浆料的最佳工艺参数为:合金的制浆温度为700℃、粉粒/熔体质量比为9%、粉粒成分为Al-20%Si、粉粒直径为0.075mm、喷粉棒转速为900rpm。在工艺参数下获得初生Si平均晶粒尺寸为18.12μm,形状因子为0.82,合金硬度为123.4HB,抗拉强度为150.9MPa。Al-20%Si合金半固态浆料压力成型试验结果表明:试验压力下对Al-20%Si合金中初生Si组织的影响效果较小,而对共晶Si组织的细化效果却非常明显,使共晶Si由长针状转变为点状和短杆状均匀分布在基体中,并且出现了亚共晶特征的α-Al。Al-20%Si半固态浆料在压力作用下成型,相对与普通液态压力成型,合金的硬度由120.5HB提高至134.8HB,提高了 10.6%,抗拉强度由100.3MPa提高至167.4MPa,提高了67%。采用喷粉半固态制浆法处理Al-20%Si高硅铝合金熔体,可使合金组织得到明显的细化,其中向合金熔体中添加粉粒是细化Si相晶粒组织的关键因素,喷粉棒的搅拌作用能协同细化合金组织。压力加工提高合金的结晶温度,从而提高了合金的过冷度和冷却速率,对合金中共晶Si相有明显的细化作用。
【图文】：

（ａ）间歌式逦（ｂ）连续式逡逑图１－３机械搅拌法逡逑１搅拌器；２合金熔体；３加热线圈逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋ｓｔｉｒｒｉｎｇ逡逑１邋Ｓｔｉｒｒｅｒ；邋２邋Ａｌｌｏｙ邋ｍｅｌｔ；邋３邋Ｈｅａｔｉｎｇ邋ｃｏｉｌ逡逑电磁搅拌法制备半固态浆料相对于其他方法应用较为广泛。它是利用旋转磁场逡逑在金属液中产生感应电流，使金属液在洛仑兹力的作用下产生运动从而达到对金属逡逑液搅拌的目的［５１，，５＇如图１－４所示。但电磁搅拌设备昂贵，工艺复杂，受到成本高逡逑是限制其应用的主要原因。逡逑．逡逑｜————逦｜邋￣逦卜一；逡逑；＝１逦N逡逑＾具＿，：逡逑ｌ．：．．．．．：：逦逦、、一’—邋Ｕｆｊ－逦邋ｙ—逡逑－Ｃ一十逡逑Ｉ逦：邋？邋＿邋—、—二—Ｌ－逦￣逡逑Ｉ邋Ｈｈｔｒｔ邋面—逡逑Ｌ—逦N…逦逦逦逡逑

本文编号：2611872