过共晶铝硅合金自生颗粒增强复合材料筒状件的离心铸造工艺及组织特征研究

论文摘要

本文主要研究了低过热法过共晶铝硅合金离心铸造下硅相组织控制工艺。自行研制了一套由离心铸造机、PLC控制器、浇注设备及起吊装置组成的立式离心铸造试验设备,用于成型过共晶硅在径向呈梯度分布的筒状零件。试验材料为机械搅拌法配置的均质过共晶铝硅复合材料。它的工作过程是:运用PLC控制器控制电机转速,带动离心铸型旋转,用浇包将金属液浇入铸型中成形零件。铸件的取出及铸型模具的合模由起吊装置完成。设计了三条离心机转速随时间变化的旋转工艺曲线,最高转速分别为450r/min、600r/min、800r/min,总的工作时间分别为230s、240s、260s,并通过指令输入PLC中,分别对应程序选择器中的程序1、2、3档。为了探讨电机转速、浇注温度、铸型温度等工艺参数对颗粒增强相分布的影响,设计了三种不同参数的浇注工艺,并采用这三种工艺浇注成形了15个筒状零件。并最终确定电机转速为800r/min,浇注温度为818℃,铸型温度为250℃,总的工作时间为260s。通过组织观察和颗粒硬度耐磨度的测量得出这三种浇注工艺都形成了初晶硅和Mg2Si在圆筒从内层到外层的梯度分布,其中在硅含量为19%的过共晶铝硅合金在818℃的浇注温度下取得的梯度分布最为明显,从到内壁22mm的洛氏硬度36.8增加到离内壁2mm的洛氏硬度57.2,摩擦损耗从到内壁22mm的13.2kg/m2减少到离外壁2mm的2.84 kg/m2。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 国内外铝硅合金的研究应用现状
• 1.1.2 颗粒增强金属基复合材料
• 1.2 过共晶铝硅合金的特点
• 1.2.1 过共晶铝硅合金的组织特点
• 1.2.2 过共晶铝硅合金的性能特点
• 1.3 梯度功能材料概述
• 1.3.1 梯度功能材料的原理
• 1.3.2 梯度功能材料的应用
• 1.3.3 梯度功能材料的制备
• 1.3.4 离心制造FGM 研究热点问题
• 1.4 本课题研究的目的及内容
• 1.4.1 本课题的研究目的
• 1.4.2 本课题研究的内容
• 2 过共晶铝硅合金材料的制备
• 2.1 化学成分的设计
• 2.2 变质剂的选择
• 2.3 熔体杂质的净化处理
• 2.4 过共晶铝硅合金筒状零件的制备过程
• 2.4.1 铸型转速的确定
• 2.4.2 离心机旋转工艺曲线
• 2.4.3 筒状梯度功能零件的工艺制备过程
• 3 筒状零件组织观察及性能测试
• 3.1 不同浇注条件下零件的形貌
• 3.1.1 离心铸造筒状件的形貌
• 3.1.2 机械加工后筒状件的形貌
• 3.1.3 筒状零件端部的颗粒偏聚的宏观形貌
• 3.1.4 重力浇注下的铝硅合金铸锭的形貌
• 3.2 不同浇注条件下零件的组织
• 3.2.1 重力浇注下的铝硅合金的金相组织
• 3.2.2 离心浇注的筒状零件金相组织
• 3.3 确定浇注材料的化学成分
• 3.3.1 确定合金中是否加镁以及加入镁的量
• 3.3.2 确定合金中硅的含量
• 3.4 不同浇注条件下的组织对比分析
• 3.4.1 寻找合适的模具温度
• 3.4.2 不同浇注温度下的颗粒梯度分布
• 3.4.3 不同离心转速下的浇注
• 3.5 硬度测试与耐磨试验结果
• 4 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文