触变成形工艺参数对Sip/ZA27复合材料组织及力学性能的影响

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锌铝(ZA)合金,尤其是 ZA27,由于其较高的摩擦和力学性能,能够取代铁和非铁等耐磨合金。但是,由于其尺寸不稳定性和高温力学性能较差,限制了ZA27合金只能在100℃以下使用。通过添加高熔点元素,制成颗粒增强的复合材料能够显著的提高其高温力学性能。然而,ZA27的凝固温度范围较宽,在凝固过程中容易形成缩松,从而降低其力学性能。众所周知,触变成形,作为一种新型的金属半固态成形技术,能够显著的减少或者消除缩松。所以,利用触变成形技术来提高锌基复合材料的致密性,进而提高材料的力学性能是可行的。  本文通过光学显微镜(OM),X射线衍射仪(XRD),扫瞄电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)等分析手段,研究了Sip/ZA27复合材料的半固态成形性、触变成形工艺参数对该种材料的组织以及力学性能的影响。研究结果表明:  通过自孕育法制备出的Sip/ZA27复合材料组织由细小等轴的初生α-Al颗粒和细小的Si颗粒组成,符合半固态成形要求。自孕育的最佳工艺参数为:孕育剂添加量14%,熔体温度750℃,倾斜板长度80cm,倾斜角度45°。Sip/ZA27复合材料固液两相间的温度差适中、加工温度窗口大以及固相率对温度敏感性较低低,适合进行半固态加工。  研究了触变成形工艺参数(包括部分重熔温度,部分重熔时间,模具温度,压力)对组织和力学性能的影响,获得了最佳工艺参数:部分重熔温度465℃、部分重熔时间70min、模具温度为200℃、压力为190MPa。此时的抗拉强度,延伸率均已达到最大值,其值分别为410MPa、1.21%。研究表明,部分重熔温度和时间两个参数主要影响浆料组织中初生颗粒尺寸及体积分数,液相偏聚程度及成分等,随后影响其凝固行为,最终对材料的力学性能有着显著的影响;模具温度主要影响半固态锭料的凝固速率,从而影响二次凝固组织中共晶η相的数量,最后对材料的力学性能产生较大的影响;压力参数主要影响组织致密度。对于Sip/ZA27复合材料来说,通过触变成形,其缩松等缺陷基本消失,力学性能显著提高。
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