论文部分内容阅读
颗粒增强金属基复合材料因其优异的性能在航天、汽车等领域有着十分广泛的应用前景。在众多制备方法中,机械搅拌以其简便性、灵活性和经济性而被广泛应用。搅拌的实质就是通过外力做功,利用在熔体表面形成的漩涡强制将陶瓷颗粒卷入到熔体中。搅拌容器内的流场对熔体内颗粒的运动和分散起着非常重要的作用。搅拌桨的选取、搅拌工艺都影响着搅拌槽内的流场。传统的以实验为基础的搅拌桨设计,不仅设计周期长,费用高,而且很难直接观测到熔体内的流动情况。而计算流体动力学的运用可以非常形象直观地观察搅拌槽内颗粒的分散情况。本文通过计算机流体动力学方法,利用软件FLUENT14,选用多重参考系法(MRF),模拟了搅拌桨的形式、桨叶的倾斜角、桨叶的浸入深度以及搅拌工艺(搅拌温度、搅拌转速、搅拌时间)对搅拌槽内流场及颗粒分散的影响。在模拟优化搅拌桨的基础之上,本文采用机械搅拌制备了颗粒增强SiCp/2014复合材料。通过金相观察,系统地研究了搅拌工艺参数(搅拌温度、搅拌速度、搅拌时间)对复合材料微观组织、颗粒分布均匀性和部分铸造缺陷的影响,并优化了搅拌工艺参数。研究结果表明:采用三直叶桨时,碳化硅颗粒不能很好的悬浮。当离底距离接近25%左右时,搅拌槽内的流场能兼顾到搅拌桨下部和上部,颗粒分布较为良好。当搅拌转速升高到一定值后,液面以轴线为中心,内圈下降,外圈上升,在中心产生一个凹状漩涡。随着转速的升高,下凹深度不断增加。通过模拟和实际验证,当搅拌温度为640°C、搅拌转速为500rpm、搅拌时间为10min时,颗粒分布相对均匀且铸造缺陷较少。