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挤压铸造A356-SiCp复合材料摩擦磨损性能的研究

李芳东  
【摘要】:颗粒增强铝基复合材料(Particulate-reinforced Aluminium Matrix Composites,简称PAMCs)具有比强度高、比刚度高、导电导热性好、耐磨性好、热膨胀系数低等优点,广泛应用于航空航天、汽车、机械电子等制造领域。铸造法具有生产效率高的优点,适用于大规模大批量的工业生产,是一种极具发展前景的PAMCs制备方法。本文以PAMCs在汽车发动机活塞和缸套等耐磨组件上的应用为背景,采用搅拌铸造和直接挤压铸造法,制备了不同颗粒体积分数(5%,10%,15%)、挤压压力(0,50,75,100 MPa)的A356-Si Cp复合材料铸件,采用往复式摩擦磨损方式,进行了挤压铸造A356-SiC复合材料与HT250的摩擦磨损实验,研究了颗粒体积分数、挤压压力、载荷(10,15,20,25 N)对铸态和T6态复合材料磨损率、摩擦系数、磨损形貌与机理的影响。研究结果表明,载荷为10N时,对于铸态和T6态复合材料:(1)随着颗粒体积分数的增大,磨损率均逐渐减小,摩擦系数先减小后增大;(2)颗粒体积分数为5%时,铸态和T6态复合材料的磨损形貌为台阶状,磨损机理以剥层磨损为主;(3)颗粒体积分数为10%时,磨损形貌为犁沟与凹坑,磨损机理为轻微的磨粒磨损;(4)颗粒体积分数为15%时,磨损形貌以凹坑为主,磨损机理为磨粒磨损。载荷为10N时,随着挤压压力的增大,铸态和T6态复合材料的磨损率均逐渐减小,摩擦系数逐渐增大,与0 MPa相比,挤压压力为100 MPa时摩擦系数均增大了40-50%。其中,挤压压力为0MPa时,铸态复合材料磨损形貌为犁沟,磨损机理为磨粒磨损,T6态复合材料磨损形貌为台阶状,磨损机理为剥层磨损;挤压压力为50MPa、75MPa时,颗粒与基体的结合强度得到提高,铸态和T6态复合材料的磨损机理均为轻微的磨粒磨损;挤压压力为100MPa时,复合材料基体与颗粒的界面结合强度更高,SiC颗粒以破裂的形式剥落,对铸态复合材料表面的磨屑层进行犁削,磨损机理为轻微的磨粒磨损,对T6态复合材料表面进行犁削,磨损机理为磨粒磨损。对于颗粒体积分数为10%、挤压压力为50MPa的铸态和T6态复合材料,随着载荷的增大,复合材料的磨损率均逐渐增大,摩擦系数逐渐减小,载荷为25N时,铸态复合材料的磨损率高达10.76×10~-88 g/m。复合材料的磨损机理逐渐由磨粒磨损转变成剥层磨损,载荷为25N时,复合材料的摩擦磨损行为表现为磨粒磨损、剥层磨损混合的严重磨损。


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