局部增强铝基复合材料挤压铸造一体化成形技术

发布时间：2016-07-11 20:27

  本文关键词：局部增强铝基复合材料挤压铸造一体化成形技术，由笔耕文化传播整理发布。

压力铸造特种铸造及有色合金　2010年第30卷第3期

局部增强铝基复合材料挤压铸造一体化成形技术

程远胜1　张艳英2　杜之明1

(1.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院;2.哈尔滨师范大学数学科学学院)

摘　要　在分析了各种传统金属基复合材料制备方法的基础上,提出了金属基复合材料压力下浸渗2挤压铸造致密法制备新工艺。利用该工艺制备出Al2O3sf?SiCp/铝基复合材料,同时以负重轮为典型制件,利用这项新工艺实现了复合材料耐磨圈与本体挤压铸造的一体化成形。对制件观察和性能测试表明,该工艺制备的复合材料界面结合良好、组织致密、性能优异。

关键词　局部增强;金属基复合材料;挤压铸造;一体化成形中图分类号　TB331;TG249.2　　　　文献标志码　A　文章编号　1001-2249(2010)03-0231-03

DOI:10.3870/tzzz.2010.03.012

　　随着对金属基复合材料研究的不断深入,基于各种不同增强材料、基体合金和材料的应用背景,发展了多种多样的金属基复合材料的制备与成形方法,例如喷射共沉积法,粉末法,扩散连接,自浸渗法,原位反应法[14～17],提出了压力下浸渗2挤压铸造法制备混杂增强Al2O3sf?SiCp/铝基复合材料,这是在压力下液态浸渗基础上提出的一种新的复合材料制备方法,旨在对液态浸渗后的复合材料继续施加大的压力,提高复合材料的致密度,从而改善其组织和力学性能。

目前我国国防装备的某些零部件广泛采用铝合金制件,如飞机发动机的活塞,装甲车辆的负重轮、履带板等制件,这些零部件不仅需要良好的综合力学性能,而且需要局部具有良好的耐磨性。采用锻造铝合金、超硬铝合金能够保证这些制件的力学性能,但不能满足其局部耐磨性能要求。以负重轮为例,目前解决的措施是采用挤压铸造与局部钢圈镶嵌来解决,由于钢与铝之间热膨胀系数相差较大,在随后的热处理强化过程中,两者间出现分离现象。本课题在研究前面工艺方法的基础上,提出了负重轮复合材料制备2挤压铸造一体化成形技术。该技术能够克服上述工艺方法的缺点,而且能够提高成形制件的力学性能及生产效率。

[1～6]

[7～9]

[10～1.2　局部增强体制备试验

1.1　2O3sfp,直接决定浸渗能否顺利完成和复合材料的性能。首先根据增强体体积分数和混杂比例确定SiCp和Al2O3sf的质量;配置混合溶液;把配置好的混合溶液倒入容器,加入Al2O3sf纤维,充分搅拌;将其倒入模具中渗水,再用压头加压,达到预定尺寸;干燥,定型。最后对预制体进行烧结,从而制备所需预制体。1.2.2　试验装置

复合材料挤压铸造的试验装置见图1,该装置的主要特点是可由调压弹簧调整压力,弹簧根据所需浸渗压力选取。在液态浸渗阶段浸渗压力随行程线性增加,当浸渗完成时,弹簧力达到所需浸渗压力最大值。弹簧的作用:①保证浸渗压力和浸渗速度的匹配;②避免加压速度过快造成浸渗过程的紊流和压力过大使预制体变形。浸渗阶段结束时,内、外冲头合成一体,继续施压完成挤压铸造

。

1　试验材料与试验

1.1　试验材料

试验所用材料为2A14。增强颗粒为SiC,尺寸分别为4、7、14μm,增强纤维为多晶氧化铝短纤维。

图1　复合材料制备试验装置

1.上模板　2.外冲头　3.调压弹簧　4.内冲头　5.凹模　6.模套　7.顶杆　8.预制体　9.铝液　10.加热电阻丝

收稿日期:2009206209;修改稿收到日期:2009210220

第一作者简介:程远胜,男,1978年出生,博士,讲师,哈尔滨工业大学材料科学与工程学院435号信箱,哈尔滨(150001),电话:13633603922,E-mail:

dasheng21cn@hit.edu.cn

231

特种铸造及有色合金　2010年第30卷第3期

1.2.3　预制体液态浸渗———挤压铸造试验过程

试验是在2000kN液压机上进行的,将

Al2O3sf?SiCp颗粒和纤维混杂预制体置于金属型腔中,并随模具预热到250～450℃。然后,在预制体上方浇入液态金属,借助冲头的下行,对液态金属施加压力,液态金属在压力下渗入预制体中,继续加大压力完成致密。图2为Al2O3sf?SiCp/Al液态浸渗———挤压铸造致密件照片

。

能够看到很薄的反应层,应是镁铝尖晶石MgAl2O4,但由于反应层太薄,无法进行能谱分析

。

(a)SiCp/Al的界面(b)Al2O3sf/Al的界面

4　Al2O3sfp/复合材料的界面

图2　Al2O3sf?SiCp/2　图3是Al2O3sf?p/铝基复合材料金相组织照片。从图3可以看出,基体组织致密,无任何显微孔洞

和其他铸造缺陷,SiCp和Al2O3sf分布均匀,不存在纤维间的搭桥呈束和颗粒堆积现象,且纤维和颗粒呈三维随机分布。SiCp颗粒将Al2O3sf纤维有效的隔开,防止了纤维的粘结

。

,4,2挤压铸造致密制件比,且有更好的力学性能。

表4　压力下液态浸渗2挤压铸造制备复合材料

的密度和室温力学性能

材料

Al2O3sf?SiCp/

密度/浸渗压力/挤压铸造热处理抗拉强度/伸长率/

-3

MPa压力/MPa方式(g?cm)MPa%

4.54.5

070

T6T6

2.778592.83725

475510

2.94.1

铝基复合材料

3　负重轮复合材料强耐磨圈与本体挤压

铸造一体化成形

　　为了减少负重轮摩擦磨损情况,常规成形工艺中局部耐磨材料是采用Cr38Si钢圈,钢圈上开有镶嵌槽。在挤压铸造前,先将钢圈置入模具中,然后注入液态铝合金,进行挤压铸造,铝合金负重轮本体与耐磨钢圈依靠两者的镶嵌机械结合,在成形后,两者结合状况还较良好。但经过固溶和时效后,由于铝合金与钢之间较大的热膨胀系数差,两者间的结合受到破坏,有12%不能使用,大大降低了成品率[18]。为此,耐磨圈采用混杂增强铝基复合材料,并采用与负重轮本体复合成形的液态浸渗-直接挤压铸造一体化成形技术。

(1)耐磨圈制备分两步:第一步,制作增强预制体,使Al2O3sf?SiCp呈均匀分布。第二步,液态金属渗入,这一步与本体挤压铸造复合工艺同步进行。

(2)复合材料圈与负重轮本体复合挤压铸造,复合模具见图5。把预制体预热至680～700℃,置于模具内,模具预热温度为260～300℃。先将温度为780～800℃的铝液浇入预制体上,使其渗入,而后把740℃的

图3　Al2O3sf?SiCp/铝基复合材料的微观组织

Al2O3sf?SiCp/铝基复合材料的界面见图4。图4a

是通过TEM观察到的SiCp和Al基体形成的界面形

貌,可见界面较为干净、平直,无析出相,几乎观察不到化学反应物。制备的Al2O3sf?SiCp/铝基复合材料是采用液态浸渗2挤压铸造致密法,由于冷却速度快,反应时间短,正常情况下保温时间小于1min。另外,增强预制体经过高温预处理,SiCp表面氧化生成SiO2,在制备过程中避免了SiCp和Al的直接接触。因此,在SiCp同Al基体的界面上见不到Al4C3。即使在材料制备后的一段冷却过程中,有一定量的Al4C3生成,在界面上也是轻微反应,有利于界面结合。图4b是通过TEM观察到的Al2O3sf和Al基体形成的界面形貌。可以看到Al2O3sf和Al的界面亦是比较干净、平直,在界面上

铝液再注入模具中。上凸模下行施压,封闭模具,进行复合材料环与本体复合。在复合成形过程中,负重轮本

232

局部增强铝基复合材料挤压铸造一体化成形技术　程远胜　等

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图5　负重轮模具图

1.内凸模　2.外凸模

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图6　一体化成形生产的Al2O3sf?SiCp/铝基复合材料耐磨

圈铝合金负重轮

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[18]　杜之明.Al2O3sf?SiCp/Al复合材料半固态模锻制备及热挤压变

4　结论

(1)挤压铸造致密法制备的Al2O3sf?SiCp/铝基复

形行为[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2003.

(编辑:袁振国)

合材料,增强体分布均匀,Al2O3sf纤维没有明显的方向

性,基体致密,无显微孔洞;具有良好的界面结合,SiCp和Al的界面没有发现不稳定相Al4C3的生成。

(2)利用复合材料液态浸渗2挤压铸造工艺实现了负重轮复合材料耐磨圈与本体一体化成形。该工艺方法制备的复合材料较压力下液态浸渗法制备的复合材料更加致密且力学性能更加优良。

(3)该制备方法生产效率高、质量稳定、成本低,既可制备整体复合材料又可和常规的挤压铸造工艺、压铸工艺结合制备局部增强复合材料。

参　考　文　献

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[5]　吴人洁.参加第十届国际复合材料学术会议[J].复合材料学报,

1996,13(11):24265.

国家给予中航重机精密铸件项目资金支持

近日,中航重机股份有限公司收到国家发改

委、工信部的联合通知,根据2009年中央投资安排方案,为支持重点产业调整振兴和技术改造,公司下属中航力源液压股份有限公司高强度精密液压铸件建设项目被列为重点产业振兴和技术改造2009年新增中央预算内投资项目之一,国家将给予该项目中央预算内资金支持。项目总投资2.34亿元。

中航重机目前正按要求抓紧做好工程建设的各项准备工作,加快工程建设进度,确保工程质量和安全。

该项目利用公司在航空液压件方面研发的生产技术,延伸产业链,新增2条造型生产线、自动浇注生产线和相应配套设备。项目投资中,建设投资1.91亿元,铺底资金4356万元。资金来源由3部分组成,其中:中央预算内投资972万元,银行贷款9000万元,企业自筹1.35亿元。该项目建成后将成为国内液压铸件的最大生产研发基地。

(摘自《FSC网》)

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servedwith11%self2inoculatoradditionafterthemeltisprocessedbySIMat650℃.

KeyWords:Semi2solidState,Self2inoculation,SlurryPreparation,AM60Alloy

LiquidForgingIntegralFormingTechnologyforAlumi2numMatrixCompositeswithLocalReinforcementChengYuansheng1,ZhangYanying2,DuZhiming1(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,Har2binInstituteofTechnology,Harbin,China;2.SchoolofMathematicalScience,HarbinUniversityofNor2mal,Harbin,China)2010,30(3)0231～0233

AbstractAnewtechnologyformetalmatrixcompos2ites———liquidinfiltration2forgingdensificationunderpressurewasproposedbasedontheanalysisofsometraditionalmethods.AndtheAl2O3f?SiCp/Alcom2positeswerepreparedbythemethods.MicroructandperformancetestingtofthecompositeshcompactstructureandThetypi2calparts———loadingwheelwasproducedbythemeth2od,realizingtheliquidforgingintegralformingbe2tweenwear2resistantcompositesringandmainbody.KeyWords:LocalReinforcement,MetalMatrixCom2posites,LiquidForging,IntegralForming

ProductionofMotorcycleBrakeClampBodybySquee2zingCastingLuoJixiang1,HanMingxing1,HuangYingbin2,ChenYun1,LuoGuojian1(1.SchoolofLo2gisticEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan,China;2.ZhejiangYuhuanKailingGroupCo.,Ltd.,Yuhuan,China)2010,30(3)0234～0237AbstractAimingatstructuralfeaturesofmotorcyclebrakeclampbody,basedon2DmodeldesignedbytheAutoCAD,visualizationofthemodelwasdevelopedwiththehelpof3D2MAXsoftwareonestablished3DmodelplatformbyPro/Esoftware,andflowfieldandtemperaturefieldinthepartsduringfillingprocessweresimulatedbytheJSCastsoftware.Thesimulatedresultsarewellinagreementwiththeexperimentalones,sopotentialdefectsandtheirpositioninthepartswerepredictedbythemodel,andprocessingde2signwasexaminedbytheJSCastsoftwarewiththecompletionofoptimizeddesign.Solidificationprocesswasobviouslyimprovedasaresultofuniformdistri2butionoftemperaturefieldinwallthicknessbysettingcoreatthickpositionoftheparts,eliminatingthehotspotinthickpositionandimprovingthequalityoftheparts.

KeyWords:SqueezingCasting,Filling,Solidification,Visualization,NumericalSimulation

FactorsInfluencingServiceLifeofInjectionPunchHeadsandItsExperimentAnZhaoyong1,WanLi1,2,HuangZhiyuan1,ChenLiang1,LiaoWeiping1,ZhangXiaoshui1(1.GuangdongHongtuTechnologyCo.,Ltd.,Gaoyao,China;2.StateKeyLaboratoryofMaterialsProcessingandDie&MoldTechnology,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wu2han,China)2010,30(3)0238～0240

AbstractInjectionpunchheadsasakeyassistantpartindiecastingmachine,itsservicelifdirectlyaffectedthemanufacturingefficiencyandcost.Anewinter2mittentmetresentedfortheinjectionpEffectsoftoleranceandoftheinjectionpunchheadsTheresultsrevealthatservicelifeoftheheadsiscloselyrelatedtothetoleranceandcoolingtime.Thepunchheadsexhibitsalongerservicelifewithtoleranceat0.08～0.16mm.Furthermore,serv2icelifeoftheHT200punchheadscanreachupto1600timesundertheoptimizedtoleranceof0.08～0.16mmandcoolingtimeof35s.

KeyWords:DieCasting,InjectionPunchHeads,Serv2iceLife,CoolingWater,Tolerance

ProductionofMagnesiumAlloyShockAbsorptionTowerbyVacuumDieCastingLinLing,ZengXiaoqin,DingWenjiang(NationalEngineeringResearchCenterofLightAlloyNetForming,StateKeyLaboratoryofMetalMatrixComposites,ShanghaiJiaotongUniver2sity,Shanghai,China)2010,30(3)0240～0243

AbstractMicrostructureandmechanicalpropertiesofAZ91DshockabsorptiontowerandAM60shockab2sorptiontowerproducedbyvacuumdiecastingwereanalyzedcomparatively,andeffectsofheattreatmentwereexamined.MicrostructuresofbothAZ91DandAM60magnesiumalloypartsarecomposedofα2Mgmatrixandβ2Mg17Al12phase,inwhichβ2Mg17Al12phasedisappearsaftersolidsolutionanditisprecipita2tedasdiscontinuousphaseafteragingtreatment.Al2thoughbothAZ91DandAM60alloypartscanbestrengthenedbyheattreatment,strengtheningeffectonAZ91DalloypartsaresuperiortothatonAM60al2loyparts.Inaddition,gasholeinthepartscanbeef2fectivelyeliminated,however,shrinkagedefectscannotcompletelyeliminatedbyvacuumdiecasting.Me2chanicalpropertiesofthevacuumdiecastingpartscan

Ⅳ

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本文编号：69138