机械搅拌添加硅颗粒法制备高硅铝合金的研究

论文摘要

高硅铝-硅合金具有耐磨性好、线膨胀系数小、抗腐蚀性和铸造性能好等优点,特别适用于制造轻质、耐磨耐高温的零件,是汽车、摩托车发动机活塞的理想材料。但是通常条件下,铸造高硅铝合金组织中存在大块状的初晶硅和粗大针状的共晶硅,严重割裂了基体,使合金的力学性能降低,因此,采用各种工艺和方法细化高硅铝硅合金的组织、特别是初晶硅组织,改善其分布状态是高硅铝合金材料的研究的关键问题。本文主要采用机械搅拌添加硅颗粒的方法制备高硅铝合金,研究了搅拌铸造的工艺参数对高硅铝合金组织的影响,在搅拌法制备的高硅铝合金基础上,对制备的Al-20％Si合金进行了重熔等温处理,进一步讨论保温温度对改善合金微观组织的作用,同时通过摩擦磨损实验对硅颗粒体积含量不同的高硅铝合金耐磨性进行了研究。（1）通过机械搅拌添加Si颗粒法制备高硅铝合金,将高温预处理过的Si颗粒直接加入到金属熔体中,通过高速搅拌的方式使硅颗粒均匀地分散在金属熔体中,然后浇注,使其凝固结晶。在搅拌法制备高硅铝合金的制备过程中,研究了Si颗粒的表面预处理,搅拌的初始温度,搅拌速度、及搅拌时间对合金显微组织的影响,还研究了Si颗粒加入熔体前后形貌特征的变化。结果表明：机械搅拌添加硅颗粒法可以制备出Si体积分数为20%-25%的高硅铝硅合金,所制备的高硅铝硅合金组织中Si相的圆整度好、分布均匀。搅拌温度应该控制在700℃-720℃之间,搅拌时间为3-4分钟。搅拌加入Si颗粒后,对合金进行适当的保温,可以使添加的硅颗粒进一步均匀化并改善其与基体的结合状况。（2）在机械搅拌添加硅颗粒法制备高硅铝合金中,由于Si颗粒与纯铝液的润湿性较差,易造成的颗粒与基体结合较差等缺陷。因此,对机械搅拌法制备的高硅铝合金进行半固态重熔等温处理,研究了等温处理对改善合金显微组织和凝固缺陷以及性能的影响。结果表明：对机械搅拌添加硅颗粒法制备高硅铝合金进行半固态重熔等温处理,可以进一步改善Si颗粒在合金内部的分布形态、细化组织,通过对合金在不同参数下等温处理的研究,得出了较佳的保温温度是580℃-600℃。但随着保温温度的进一步升高,初晶Si相又会变的粗大。高硅铝合金不同温度下等温处理后的硬度值变化和合金的组织的变化相对应,硬度值也是先升高,后随着等温温度的提高而降低。（3）对机械搅拌添加硅颗粒制备的铝硅合金的耐磨性能进行了研究,结果表明：机械搅拌添加Si颗粒法制备的高硅铝合金的耐磨性得到改善。随Si颗粒含量的增加材料的耐磨性能升高,但含量过高时,材料的耐磨性又有降低的趋势。这是因为Si颗粒含量过高,其与基体铝的结合较差,在高速的磨损过程中引起大量颗粒脱落,从而影响材料的耐磨性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 高硅铝合金的组织和性能特征
• 1.2 高硅铝合金的发展概况
• 1.3 高硅铝合金常见的几种处理方法
• 1.3.1 熔炼铸造加变质处理法
• 1.3.2 粉末冶金法
• 1.3.3 喷射沉积法
• 1.3.4 固液混合铸造法
• 1.3.5 悬浮铸造法
• 1.3.6 搅拌铸造方法
• 1.4 半固态金属坯料的重熔加热技术
• 1.5 高硅铝合金制备技术中存在的问题
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第二章 机械搅拌添加硅颗粒法制备高硅铝合金
• 2.1 引言
• 2.2 实验条件及方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 用搅拌法添加Si颗粒制备高硅铝合金
• 2.2.3 金相试样的制取
• 2.3 实验结果及分析
• 2.3.1 搅拌工艺参数对铝硅合金组织的影响
• 2.3.2 搅拌法制备高硅铝合金的微观组织特征
• 2.3.3 含硅体积分数不同的合金显微组织
• 2.3.4 添加不同尺寸硅颗粒合金显的微组织
• 2.4 添加的Si颗粒对硬度的影响
• 2.5 讨论
• 2.6 结论
• 第三章 半固态重熔等温处理对高硅铝合金显微组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 重熔等温处理后合金的微观组织观察及硬度测量
• 3.2.3 合金铸锭的半固态重熔
• 3.3 实验结果及分析
• 3.3.1 等温处理对硅颗粒尺寸的影响
• 3.3.2 重熔温度对高硅铝合金组织的影响
• 3.3.3 重熔温度对高硅铝合金硬度的影响
• 3.4 结论
• 第四章 高硅铝合金材料的磨损性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 摩擦磨损实验
• 4.2.3 高硅铝合金材料微观组织观察
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 硅含量对耐磨性的影响
• 4.3.2 磨损实验磨损机制分析
• 4.4 讨论
• 4.5 结论
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文