SiC颗粒增强ZL702合金材料制备工艺研究

发布时间：2017-05-20 21:17

  本文关键词：SiC颗粒增强ZL702合金材料制备工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文主要研究了机械搅拌法制备SiC颗粒增强ZL702合金复合材料的制备工艺。参考水力模拟实验研究了颗粒密度和流体性质对搅拌过程中颗粒运动的影响。制定了搅拌铸造法制备SiC颗粒增强ZL702合金复合材料的搅拌工艺参数。通过金相观察和力学性能分析研究了搅拌工艺参数:搅拌温度、搅拌速度、搅拌时间和SiC含量对材料性能的影响。制备过程中对比了SiC两种预处理方法和SiC颗粒的两种加入方式。最后在最优工艺下制备了不同SiC含量的复合材料,研究了颗粒含量对复合材料的综合影响。实验表明:(1)在实验搅拌过程中,颗粒运动主要处于层流区,颗粒所受的运动流体作用力与流体粘度成正比,颗粒沉降的速度与流体粘度成反比,与颗粒和流体的密度差成正比。(2)搅拌铸造法制备SiC增强ZL720合金复合材料,采用螺旋石墨转头以100r/min的转速搅拌,待铝液温度达到710℃时加入SiC颗粒搅拌10min后浇铸成样,试样的综合性能较为良好。以抗拉强度和延伸率比重各占50%来算,影响所制备的复合材料的综合力学性能的主次因素为搅拌速度搅拌时间SiC含量SiC加入时铝液温度。(3)化学镀镍工艺对改善SiC颗粒和铝液的润湿性效果明显,加入SiC后铝液表面洁净。但与焙烧氧化预处理工艺相比,化学镀镍法处理颗粒效率低,难以对大量颗粒进行预处理,而且还会带入其他杂质元素。在SiC颗粒加入方式上,采用边搅拌边加入的方法更易使颗粒打散,但制备时吸气严重,而且部分颗粒难以润湿,聚集于坩埚壁。采用颗粒和合金共同熔化后再搅拌的方式,可以避免吸气,且颗粒和铝液润湿良好,但颗粒间易于团聚,难以分散均匀,需延长搅拌时间。(4)研究了不同的SiC含量对复合材料组织和性能的影响,发现随着SiC含量的增加,材料的晶粒逐渐细化,在颗粒含量3%时,颗粒分布均匀。在4%时,颗粒出现团聚现象。材料的抗拉强度先增加后减小,在3%时达到最大,4%降低明显。延伸率呈先降低后增加的趋势。研究了材料的高温力学性能,发现随着温度的升高,复合材料的强度呈下降趋势。颗粒增强的复合材料的高温强度是优于基体合金的,但随着温度的升高,这种优势越来越弱。
【关键词】：ZL702合金 SiC颗粒 搅拌工艺 颗粒增强 铸造
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333;TG24
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 铝基复合材料概述11-13
• 1.1.1 铝基复合材料的主要类型11-12
• 1.1.2 铝基复合材料的性能特点12-13
• 1.1.3 铝基复合材料的发展和应用13
• 1.2 颗粒增强铝基复合材料的研究现状与发展趋势13-17
• 1.2.1 颗粒增强铝基复合材料的性能14
• 1.2.2 颗粒增强铝基复合材料的制备工艺14-16
• 1.2.3 颗粒增强铝基复合材料的发展趋势16-17
• 1.3 颗粒增强铝基复合材料的强化原理17-18
• 1.4 机械搅拌法制备颗粒增强铝基复合材料关键技术18-21
• 1.4.1 增强颗粒与基体材料的界面润湿性问题18-19
• 1.4.2 增强颗粒与基体材料的界面反应问题19
• 1.4.3 致密性19-20
• 1.4.4 复合材料中颗粒分布的均匀性问题20
• 1.4.5 搅拌器的选择及保护20-21
• 1.5 水力模拟的原理和在搅拌铸造方面的应用21-22
• 1.5.1 水力模拟的原理21-22
• 1.5.2 水力模拟在铸造方面的应用22
• 1.6 本论文的研究目的与研究内容22-24
• 1.6.1 研究目的和意义22-23
• 1.6.2 研究内容23-24
• 2 实验材料、设备及方法24-31
• 2.1 实验材料24-25
• 2.1.1 合金熔炼实验材料24
• 2.1.2 增强颗粒及其预处理实验材料24-25
• 2.2 实验设备与实验方法25-30
• 2.2.1 合金熔炼前期准备25
• 2.2.2 合金熔炼设备及熔炼工艺25-26
• 2.2.3 搅拌制备装置26-27
• 2.2.4 合金成分检测设备27
• 2.2.5 合金热处理设备及热处理方法27
• 2.2.6 合金微观形貌观测设备及方法27-28
• 2.2.7 合金力学性能拉伸设备及拉伸方法28-30
• 2.2.8 其他材料分析设备及方法30
• 2.3 本章小结30-31
• 3 搅拌铸造法制备铝基复合材料的水力模拟实验31-41
• 3.1 颗粒在流体介质中的受力及运动分析31-33
• 3.2 实验材料和实验方法33-34
• 3.2.1 实验材料33
• 3.2.2 实验方法和流程33-34
• 3.3 实验结果及分析34-39
• 3.3.1 常温水搅拌不同密度及不同形状颗粒实验35-37
• 3.3.2 不同粘度水溶液搅拌铝屑实验37-39
• 3.4 实验结论39-41
• 4 SiC颗粒增强ZL702合金的制备工艺41-53
• 4.1 搅拌工艺参数的确定41-42
• 4.2 SiC颗粒的预处理42-44
• 4.2.1 高温焙烧预处理工艺43
• 4.2.2 化学镀镍工艺43-44
• 4.3 SiC颗粒增强ZL702合金的制备工艺44-46
• 4.3.1 正交试验设计44-45
• 4.3.2 制备工艺流程45-46
• 4.4 热处理实验46-47
• 4.4.1 热处理原理46
• 4.4.2 SiC复合对铝合金热处理的影响46-47
• 4.4.3 复合材料热处理工艺的制定47
• 4.5 力学性能数据及分析47-51
• 4.6 本章小结51-53
• 5 不同SiC含量和加入方式对复合材料组织和性能的影响53-59
• 5.1 不同的SiC含量对复合材料组织和性能的影响53-55
• 5.1.1 不同的SiC含量复合材料的金相组织53-54
• 5.1.2 不同的SiC含量复合材料的拉伸性能54-55
• 5.1.3 SiC颗粒 3%含量材料X-射线衍射图55
• 5.2 不同颗粒加入方式对材料组织性能的影响55-56
• 5.2.1 不同的SiC加入方式对复合材料组织的影响55-56
• 5.2.2 不同的SiC加入方式对复合材料的拉伸性能的影响56
• 5.3 材料的高温力学性能56-58
• 5.4 本章小结58-59
• 6 结论59-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果64-65
• 致谢65-66

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