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超声波搅拌法制备半固态ZA27合金及SiC_p/ZA27复合材料

莫立娥  
【摘要】: 锌铝合金因其较低的熔点、良好的铸造性能、强度和耐磨性高,导热性好、以及较低的成本、工艺简便等特点,广泛应用于制作轴承,模具、各种管接头,滑轮以及各类受冲击和磨损铸件。为了进一步改善和提高锌铝合金的性能,本文研究了采用高能超声波搅拌法制备半固态ZA27合金以及采用加压渗流法与高能超声波半固态搅拌相结合的方法制备SiCp/ZA27复合材料的工艺。 (1)采用向熔体中导入高能超声波搅拌的方法制备半固态ZA27合金。研究了超声波搅拌处理温度、搅拌时间和超声波输出功率三个重要参数对半固态ZA27合金组织形貌的影响。结果表明:合金熔体处于490℃~560℃时,控制超声波搅拌的功率不变,当超声波处理导入时熔体的温度在合金液相线附近,即490℃时,合金组织的初生相颗粒圆整、分布均匀且尺寸细小,随着超声波导入时熔体温度的升高,ZA27合金的初生相呈现粗化倾向;熔体温度为490℃时导入超声波进行保温搅拌,随着超声波搅拌功率的增大和搅拌时间的延长,ZA27合金初生相由粗大的树枝晶逐渐转变为细小的球状晶粒,搅拌时间为80s,搅拌功率为1200W时得到颗粒圆整、分布均匀且尺寸细小的合金初生相组织。 (2)采用加压渗流法制备高SiC颗粒体积分数的SiCp/ZA27复合材料(含SiC体积分数为74.8%),探讨了加压渗流过程中SiC颗粒预热温度、基体合金浇注温度和渗流压力这三个工艺参数对复合材料组织结构和性能的影响规律。结果表明:SiC颗粒预热温度控制在580℃~620℃范围内,ZA27合金液浇注温度控制在700℃~720℃,施加1×10~5~3×10~5N/m~2的压力制备出的SiCp/ZA27复合材料成分均匀,组织致密,而且颗粒/基体合金界面干净、清晰。 (3)在半固态条件下,将高SiC颗粒体积分数的SiCp/ZA27复合材料加入ZA27熔体中,采用超声波搅拌的方法进行重熔和稀释,制备出不同SiC体积分数的复合材料。研究了重熔温度和超声波搅拌工艺对SiC增强颗粒的均匀性及基体合金组织形态的影响,以及不同增强颗粒体积分数复合材料组织和性能的差异。结果表明:这种制备方法可以显著改善增强颗粒与基体合金润湿困难以及增强颗粒难以均匀分布的问题,并且可以在较大范围内调整增强颗粒体积分数,制备出了增强颗粒体积分数为5%~15%的SiCp/ZA27复合材料,基体合金组织致密,增强颗粒分布均匀,随增强颗粒体积分数的增大,复合材料硬度值增大。


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