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离心铸造SiC颗粒局部增强铝基复合材料活塞的组织性能研究

邹茂华  
【摘要】:本论文研究了机械搅拌法制备SiC颗粒增强ZL104/ZL109与自行配制的共晶铝硅合金复合材料浆料的工艺,研究了重量各3.6kg的基体合金分别为ZL104、ZL109与自行配制的共晶铝硅合金添加SiC增强颗粒的复合材料制备技术。添加SiC增强颗粒总体质量分数均为20%,体积分数为17.2%。其中,(1)ZL104基体合金的添加增强颗粒15μm, 30μm和50μm质量各占三分之一(各粒径体积分数均为5.733%)(工艺一);(2)ZL109基体合金的添加增强颗粒15μm, 30μm和50μm所占体积分数分别为4.3%,7.224%,5.676%(工艺二);(3)共晶铝硅合金添加SiC增强颗粒15μm, 30μm重量各占10%。制备出了流动性良好的颗粒增强铝基合金复合材料浆料,研究了四种离心铸造工艺条件下(工艺A、B、C、D)复合材料活塞成形情况。得到了ZL104/ZL109基体合金SiC颗粒在头部偏聚的完整、光洁、组织致密、性能优良的铝基复合材料活塞。 参照实验数据,应用目前国际上流行的商业软件FLUENT模拟了厚壁活塞与薄壁活塞添加SiC颗粒后铝液与各种粒径SiC颗粒在活塞零件中的分布及体积分数的大小,对模拟结果与实验结果进行了对比分析。结果表明,SiC颗粒粒径越大,越易偏聚至活塞头部远端,形成具有一定厚度的颗粒层,三种粒径SiC混合SiC颗粒的总体积分数相比二种粒径SiC混合的有所提高,薄壁活塞的SiC颗粒体积分数高于厚壁活塞的。模拟的情况与实际情况基本吻合,说明对离心力作用下的颗粒分布的数值计算方法基本正确。ZL104(工艺一)所得到活塞的组织与性能优于ZL109(工艺二)活塞,共晶合金试样D(工艺D)所获得的性能较其他工艺所获得活塞组织、性能最好。 研究了离心铸造成形的活塞零件热处理工艺,对活塞进行了固溶和时效处理;分析了复合材料活塞的宏观与微观组织,测量了热处理前后的活塞试样的硬度与耐磨性能;分析了热处理对活塞性能的影响。结果表明:热处理提高了复合材料的硬度,热处理是提高颗粒增强金属基复合材料强度的途径之一;热处理后,颗粒层硬度提高程度小于基体层硬度提高程度。时效处理降低了复合材料的耐磨性。 最后从离心铸造成形的ZL104的基体活塞零件毛坯上截取了活塞进行机加工,得到了加工后环槽区清晰有光泽的活塞零件。


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