離心鑄造TiAlSi顆粒局部增強鋁基復(fù)合材料筒狀零件的工藝及組織性能研究.pdf

1、Al-Si系合金具有優(yōu)良的鑄造性能，經(jīng)過變質(zhì)和熱處理后，具有優(yōu)良的力學性能和加工性能，是制造發(fā)動機汽缸套的理想材料。在本課題組前期的研究過程中，采用離心鑄造法陸續(xù)開發(fā)出SiC、初晶Si顆粒單獨增強，或初晶Si與Mg2Si顆粒混合增強的筒狀毛坯鑄件用于汽缸套的研制，但存在的問題是，Si、Mg2Si顆粒的密度較小(ρsi=2.33g/cm3，ρMg2Si=1.88g/cm3，ρAl=2.4～2.7g/cm3)，在離心場中往往與夾渣、氣孔向相

2、同方向偏聚，致使增強層常常存在氣孔，氧化物夾渣等鑄造缺陷，極大的影響了鑄件的性能。而TiAlSi金屬間化合物具有密度大(ρTiAlSi≈3.1g/cm3)、硬度高、耐磨性、高溫穩(wěn)定性好的優(yōu)點，為此可以將Ti加入Al-Si合金中，既保證了合金良好的鑄造性能，又充分發(fā)揮了合金中生成的TiAlSi相的優(yōu)點，然后通過離心鑄造法，使其發(fā)生偏移，從而形成外層含有高體積分數(shù)TiAlSi相增強層的梯度復(fù)合材料筒狀鑄件。然后，將鑄件內(nèi)層含有低密度的氣孔，

3、夾渣等鑄造缺陷的部分車削去除，得到只含TiAlSi相的增強層的筒狀鑄件，有望開創(chuàng)鋁合金氣缸套新的制備方法。
　　 本文采用離心鑄造法，分別制備了成分為Al-12Si-7Ti和Al-16Si-7Ti的自生TiAlSi顆粒外層增強鋁基復(fù)合材料筒狀件。其中，Al-12Si-7Ti材料筒狀件由外、內(nèi)兩層構(gòu)成，外層為TiAlSi顆粒偏聚區(qū)，內(nèi)層為無顆粒的TiAlSi共晶基體區(qū)。Al-16Si-7Ti材料筒狀件呈現(xiàn)外、中、內(nèi)三層，外層中偏聚

4、有大量的TiAlSi顆粒和少量的初晶Si顆粒，中間層為Al-Si共晶組織，內(nèi)層偏聚有大量的初晶Si，三層的基體組織均為Al-Si共晶組織。組織觀察表明，TiAlSi顆粒偏聚區(qū)組織致密，無氣孔，夾渣等鑄造缺陷。硬度和耐磨性測試結(jié)果顯示，TiAlSi偏聚區(qū)的性能要優(yōu)于無顆粒偏聚的基體層。
　　 針對TiAlSi顆粒的偏聚效果，本文研究了模具溫度、澆注溫度和鑄件壁厚對其的影響。分析了鑄件中氣孔的形成與控制，結(jié)果表明：氣孔為針狀氫氣孔，

5、通過控制工藝參數(shù)可以將其去除。初步得到離心鑄造TiAlSi顆粒局部增強鋁基復(fù)合材料筒狀件的合理工藝參數(shù)為：澆注溫度900℃、模具預(yù)熱溫度280℃、離心轉(zhuǎn)速3000rpm、鑄件壁厚約13.3mm。
　　 Al-16Si-7Ti材料筒狀件經(jīng)過570±5℃×4.5h的固溶和175±5℃×8h的時效處理，TiAlSi顆粒的形貌基本沒有變化；初晶Si顆粒變得圓潤；原先樹枝狀的Al-Si共晶組織呈點狀彌散分布于基體之上。硬度測試表明，時效態(tài)