自生顆粒增強Al-xSi-9Ni梯度功能復合材料組織性能研究.pdf

1、本課題采用離心鑄造法制備了自生初晶Al3Ni顆粒單獨增強和自生初晶Al3Ni和Si顆粒混雜增強Al-xSi-9Ni梯度功能復合材料筒狀零件。運用光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)以及X射線衍射分析(XRD)等微觀結構檢測手段和硬度、耐磨性能測試等性能檢測設備，系統(tǒng)研究了該體系合金的離心鑄造成形工藝、合金鑄件沿徑向截面和垂直于徑向截面兩個方向的微觀組織特征和性能等。
　　 對離心鑄造成形的Al-9Si-9Ni、Al-15

2、Si-9Ni、Al-19Si-9Ni三種成分復合材料筒狀零件的實驗結果表明：(1)Al-9Si-9Ni鑄件外層分布著初晶Al3Ni，內層為共晶組織；Al-15Si-9Ni和Al-19Si-9Ni鑄件的外層偏聚初晶Al3Ni和部分Si顆粒，內層偏聚少量初晶Al3Ni和大量Si顆粒，中間層為共晶組織。沿徑向截面上初晶Al3Ni大多呈長條狀，沿垂直于徑向截面上初晶Al3Ni大多呈顆粒塊狀。在離心力場中，初晶Al3Ni顆粒的相對加速度是初晶Si

3、顆粒的3倍，但方向相反。復合材料鑄件中的分層現象及自生顆粒的分布與顆粒和熔體的密度差、較大的重力系數G(850)以及顆粒之間的相互碰撞、粘結等作用有關。(2)由于大量Al3Ni和Si顆粒聚集于Al-19Si-9Ni、Al-15Si-9Ni鑄件的外層，其硬度值分別達到HRB70.5和HRB66.5，而Al-9Si-9Ni鑄件的外層僅聚集少量Al3Ni顆粒，其最高硬度僅為HRB39。此外，由于Al3Ni顆粒存在長徑比，沿垂直于徑向截面上的硬

4、度要比徑向截面上相同位置的硬度高3-4HRB；(3)從鑄件的外層到內層，Al-9Si-9Ni的體積損失量逐漸增加，在鑄件的內層達到最高21.21mm3；而Al-15Si-9Ni和Al-19Si-9Ni的體積損失量均先增加后減少，在中間層達到最高，分別為16.34mm3和16.73mm3。在鑄件的外層，Al-19Si-9Ni的耐磨性能最好，Al-9Si-9Ni的耐磨性能最差。
　　 低澆溫、低模溫時，熔體的粘度較大，顆粒偏移的阻力

5、變大，金屬模具的急冷作用使得與模具內表面先接觸的合金熔液快速凝固，因此，鑄件外層的顆粒較細?。弘S著澆溫、模溫的提高，顆粒偏移的阻力變小，較高的模溫延長了合金液的凝固時間，使得顆粒有充分的時間偏移，使得組織更致密，偏聚區(qū)域變窄，鑄件外層增強顆粒的體積分數增多。因此，高澆溫、高模溫時鑄件外層的硬度及耐磨性能最好，低澆溫、低模溫時鑄件外層的硬度及耐磨性能最差。
　　 研究了鑄造方法對Al-19Si-9Ni復合材料組織性能的影響。重力鑄