SiCp/A356搅拌制备与挤压铸造成形的研究

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传统的砂型铸造和重力铸造成形的SiC颗粒增强铝基复合材料铸件,一般需要后序机加工,而SiC颗粒的存在给机加工带来了较大的困难,严重损害刀具寿命。因此,实现复合材料近净成形成为一种必然趋势。挤压铸造结合了铸造和锻造工艺的特点,成形铸件加工余量小。因此,本文进行了SiCp/A356直接和间接挤压铸造成形技术的研究。首先根据机械搅拌的原理进行了复合材料搅拌铸造设备的设计与制作,在实验基础上,对复合材料熔体质量的影响因素进行了分析和讨论,确定了复合材料半固态-液态搅拌制备方法及其合理的工艺参数。微观组织分析表明,半固态搅拌后,SiC颗粒呈现团聚态,大量的颗粒聚集在孔洞的周围;液态搅拌后能够显著改善SiC颗粒的分布,颗粒呈现出均匀分布。采用直接挤压铸造法进行了不同挤压力下A356-10μmSiCp和A356-150μmSiCp的成形试验。微观组织分析表明,在重力铸造下,存在SiC颗粒依附于气孔团聚的现象,但随着挤压力的增加,颗粒依附于孔洞存在的现象消除。SiCp/A356的孔隙率随着挤压力的增加而降低。由于挤压力的增加使得微观组织细化及颗粒与基体之间的界面结合力强化,SiCp/A356抗拉强度、硬度和伸长率均随着挤压力的增加而增大。拉伸断口SEM分析显示,铸态复合材料试样为脆性断裂;随着挤压力的增加,T6态A356-10μmSiCp趋向于韧性断裂,而A356-150μmSiCp趋向于韧性和脆性断裂的混合模式。对比不同尺寸颗粒增强的复合材料结果表明,T6热处理后,A356-10μmSiCp抗拉强度和硬度明显低于同挤压力下的A356-150μmSiCp;但其伸长率显著高于后者。与铝合金挤压铸造相比,在挤压力超过50MPa后SiCp/A356拉伸性能仍有一定的提高,因此,制备出高性能复合材料铸件需要更大的挤压力或比压。设计了正方螺旋形铸件间接挤压铸造模具,并采用A356-50μmSiCp进行了不同压射速度下成形的研究。研究发现,0.08m/s压射速度下,复合材料熔体的充型能力较差,出现浇不足的铸件;而0.16m/s压射速度下,熔体充型能力显著提高,有利于获得形状完整的复合材料铸件。铸件颗粒分布特征与组织性能分析结果表明,在0.16m/s压射速度下,铸件中不同部位SiC颗粒的分布特征较为复杂,SiC颗粒数量是决定铸件抗拉强度和硬度的主要因素;在0.08m/s压射速度下,不同部位的SiC颗粒体积分数,随着流动长度的增加而逐渐增大,此时SiC颗粒数量不再是影响抗拉强度的主要因素,抗拉强度由密度和收缩缺陷所决定。
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