原位生成Mg2Si颗粒增强Al-17%Si复合材料的研究

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具有良好的高温力学性能及耐磨性等优点的Mg2Si/Al-Si复合材料,因其工艺简单,制备周期短,工业化生产潜力大且具有材料组成简单,资源丰富,成本低廉等绿色特征,在工业领域有相当广阔的发展前景。但该颗粒增强A1基复合材料的显微组织中大量粗大板块状Mg2Si增强相的存在,将极大的降低材料的各种性能,因此,本实验就是基于改善该材料凝固组织中增强体的形状、尺寸的目的,通过原位生成技术研究了不同Mg加入量对该复合材料凝固组织中Mg2Si增强相颗粒的形貌及尺寸的影响规律及其对该材料力学性能的影响;不同铸造工艺参数(等温保温、冷却方式等)对该复合材料组织形貌及其性能的影响;电磁搅拌工艺对该类材料凝固组织及其性能的影响以及热处理工艺参数对该复合材料的凝固组织和对其力学性能的影响。取得了以下研究成果:不同铸造工艺参数对Mg2Si/Al-Si复合材料中增强体的形貌及材料力学性能有明显影响。本实验条件下,获得的最佳制备工艺为在690℃条件下浇注,金属型水冷后获得该材料的凝固组织和力学性能最好,该条件下初生Mg2Si目的平均尺寸为19.3μ m,形状因子为0.58,布氏硬度(HB)为98.5,单位距离的磨损量为4.33×1-4g/m。不同镁加入量对Mg2Si/Al-Si复合材料中增强体形貌和材料相关力学性能有明显影响。本实验条件下,最佳的Mg的加入量为11%,其凝固组织中初生Mg2Si相的平均尺寸是23.4μ m,形状因子达到0.49,布氏硬度为97.5,单位距离的磨损量为4.81×10-4g/m。在本研究中,经不同条件下固液相区等温保温处理Mg2Si/Al-Si复合材料后获得的最适宜工艺为在615℃条件下保温300s,其颗粒尺寸最小,圆整度最好,平均等径圆直径约为24.6gm,形状因子约为0.67;该条件下获得的复合材料的硬度和耐磨性最好,硬度(HB)为107.5,单位距离的磨损量为2.46×10-4g/m。电磁搅拌处理能有效改善凝固组织中Mg2Si相的形貌,在电磁搅拌的作用下,该增强相将由不规则小块状或蔷薇状演变成相对细小的粒状、且更为圆整的颗粒均匀分布在基体中。与未进行电磁搅拌的相比,经过电磁搅拌后复合材料力学性能有所提高,布氏硬度相对提高了9.6%,耐磨性能提高了19%。在本试验研究范围内,经不同条件下进行热处理后获得的最佳工艺参数为在530℃条件下固溶10h水淬后再在175℃时效8h,经此热处理后,Mg2Si/Al-Si复合材料的硬度比未热处理时提高了18.6%,其耐磨性能也得到了明显提高。
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