Al-Cu-Fe准晶颗粒的制备及其对ZL101合金的强化

摘要

铝硅合金具有耐磨、抗疲劳以及良好的铸造性能,以高强度、轻质量等优点常广泛应用于航空航天、汽车等行业,但同时其初生Al相结构粗大,共晶Si组织严重割裂基体熔液,这些特征影响着合金的力学性能以及切削加工性,因此传统的Al-Si合金已经很难满足市场发展的需要。准晶作为一种新兴材料,具有硬度高、耐热、表面能低等良好的综合性能,使其成为Al-Si基体的一种理想的强化相。本文正是基于准晶材料增强Al-Si复合材料的设想,设计了一种新型的铝基复合材料。一方面扩大了准晶的应用范畴,另一个方面改善了Al-Si合金的综合性能。
　　本文采用普通铸造的方法制备出Al63Cu25Fe12中间合金,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)以及能谱分析仪(EDS)分别研究冷却速度以及热处理对合金微观组织以及相变化的影响,之后将经过热处理的 Al63Cu25Fe12准晶球磨,选取100~200目的准晶粉末采用半固态加入法以及分阶段搅拌法将其加入ZL101合金中。研究准晶颗粒对ZL101基体组织和性能的影响,以及研究挤压压力、浇注温度的不同对复合材料的影响。选取挤压压力、浇注温度最优组合的铸锭进行热处理,研究热处理工艺对复合材料微观组织和性能的影响。
　　试验表明,采用常规铸造法制备的 Al63Cu25Fe12中间合金在铸态下得到的组织是多样的结构,主要由单斜相λ、准晶I相、简立方结构β相以及其他类似相组成。冷却速度对铸态下 Al63Cu25Fe12准晶合金的组织以及准晶相的含量有重要的影响,当冷却速度较慢时准晶相的含量较多,且准晶合金在热处理之后合金有向单一准晶相变化的趋势。
　　将Al63Cu25Fe12准晶颗粒采用搅拌铸造的方法加入ZL101合金中,结果表明,加入准晶颗粒之后,初生α-Al由板条状变为蔷薇状,细长针状的共晶Si被打断呈现较短的组织且分布均匀。复合材料的抗拉强度、伸长率、硬度分别为189MPa、3.7％、62.2HB相对于基体合金提高16.7％、15.6％、21.48％。当挤压压力为100MPa,浇注温度为720℃时合金的力学性能最优。通过对铝基复合材料的微观断口分析可知其主要为准解理断裂。
　　研究热处理态的复合材料表明,热处理对初生α-Al的微观组织影响较小,对共晶 Si的组织影响较大,外观形貌由针状变为球状或者椭球状。热处理之后复合材料的力学性能有很大的提高,其抗拉强度由铸态的230MPa提高到308MPa,提升了34.6％;硬度74.5HB提高到110.4HB,提升了48.2％,伸长率由8.4％提高到10.5％。

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1绪论

1.1准晶材料研究概况

1.2 Al-Cu-Fe准晶材料的研究进展

1.3准晶颗粒增强铝基复合材料研究概况

1.4挤压铸造工艺

1.5本课题研究意义、目的以及内容

2实验方案的设计与研究方法

2.1AlCuFe准晶材料的制备

2.2Al-Cu-Fe准晶颗粒增强铝基复合材料的制备

3铸态Al63Cu25Fe12准晶相分析及微观结构研究

3.1铸态Al63Cu25Fe12准晶材料中相成分的确定

3.2铸态Al-Cu-Fe合金微观组织分析

3.3冷却速度对准晶相Al63Cu25Fe12形成的影响

3.4热处理对准晶相Al63Cu25Fe12形成的影响

3.5 本章小结

4（Al63Cu25Fe12）p/ZL101复合材料制备工艺研究

4.1 Al63Cu25Fe12准晶颗粒加入工艺

4.2挤压铸造工艺参数的确定

4.3本章小结

5挤压铸造(Al63Cu25Fe12)p/ZL101复合材料组织与性能

5.1Al63Cu25Fe12对ZL101复合材料的影响

5.2挤压压力对（Al63Cu25Fe12）p/ZL101复合材料的影响

5.3 （Al63Cu25Fe12）p/ZL101复合材料断口分析

5.4浇注温度对（Al63Cu25Fe12）p/ZL101复合材料的影响

5.5本章小结

6固溶时效对(Al63Cu25Fe12)p/ZL101复合材料组织与性能的影响

6.1 热处理对(Al63Cu25Fe12)p/ZL101微观组织的影响

6.2 热处理对(Al63Cu25Fe12)p/ZL101复合材料共晶Si形貌的影响

6.3热处理对(Al63Cu25Fe12)p/ZL101复合材料力学性能的影响

6.4本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢