A356-B4C復(fù)合板材連續(xù)流變軋制成形的研究.pdf

1、本研究提出了利用半固態(tài)復(fù)合方法與連續(xù)流變軋制成形技術(shù)相結(jié)合，高效短流程制備了A356-B4C復(fù)合板材。在半固態(tài)溫度下，通過強烈的剪切/攪拌作用進行B4C增強顆粒與A356合金基體的復(fù)合，然后將制備的半固態(tài)復(fù)合漿料通過具有封閉矩形孔型的雙輥軋機軋制成形，這一方法具有簡便、成本低的優(yōu)點。制備過程將攪拌復(fù)合、傾斜板與雙輥軋機三者有效結(jié)合，優(yōu)化了制備工藝參數(shù)，提出了B4C顆粒預(yù)處理方法，分析了不同工藝參數(shù)對制備的板帶組織的影響規(guī)律，同時對所制備

2、的板帶的性能進行了檢測，獲得了不同工藝參數(shù)對A356-B4C復(fù)合板材的力學(xué)性能和磨損性能的影響規(guī)律。主要的工作及研究成果如下:
　　(1)獲得了對B4C顆粒預(yù)處理的最優(yōu)工藝參數(shù):酸洗溶液為4vol.％HCl，酸洗時間為5h，氧化溫度410℃，氧化時間5h;
　　(2)提出了剪切/攪拌作用下B4C顆粒的分散機理，根據(jù)理論分析建立了分散模型，并通過實驗結(jié)果驗證了該分散機理:a）.強烈的剪切/攪拌作用使熔體內(nèi)部形成渦流，渦流形成的

3、負壓使B4C顆粒彌散到熔體中;b）.在同一軌跡上，質(zhì)量大的B4C顆粒受到的離心力大，首先從B4C顆粒團中分散開;c)不同流層之間的相互剪切作用，利于球形α-Al初晶形成;d）.在強烈剪切/攪拌作用下，B4C顆粒與攪拌葉片之間或B4C顆粒之間的相互碰撞，局部會出現(xiàn)輕微的破碎，導(dǎo)致B4C顆粒邊緣呈現(xiàn)鋸齒狀，一定程度上可以增大界面結(jié)合面積;
　　(3)獲得了不同工藝參數(shù)對半固態(tài)連續(xù)流變軋制成形制備的A356-B4C復(fù)合板材組織的影響規(guī)律

4、，得到了制備A356-B4C復(fù)合板材的最優(yōu)工藝參數(shù):攪拌速率為500r/min;攪拌時間為20min;攪拌溫度為580℃;傾斜板振動頻率為80Hz;傾斜板冷卻水流量為1.5L/min;軋輥轉(zhuǎn)速為0.25m·s-1;
　　(4)分析了B4C顆粒與A356合金基體結(jié)合界面相的組成及提出Al12Mg17、Al3BC相生長模型，Al2O3和Al3BC相在合金熔體中均勻分布可有效釘扎晶界，抑制裂紋的產(chǎn)生及擴散。
　　(5)利用半固態(tài)連

5、續(xù)流變軋制成形制備的A356-B4C復(fù)合板材內(nèi)部組織主要由球形、玫瑰狀的α-Al晶粒組成，且B4C顆粒分布比較均勻，該A356-10wt.％B4C復(fù)合板材硬度達到109HV，抗拉強度達到197MPa，比傳統(tǒng)鑄造成形的A356合金分別提高了81.7％和35.86％。
　　(6)獲得了不同工藝制備的A356-B4C復(fù)合板材斷口形貌，未經(jīng)預(yù)處理的B4C顆粒制備的A356-B4C復(fù)合板材的斷裂方式主要為沿晶斷裂，斷面大多數(shù)呈現(xiàn)河流狀花樣及

6、撕裂棱，很少有較大的韌窩出現(xiàn)，為脆性斷裂;經(jīng)過預(yù)處理后的B4C顆粒制備的A356-B4C復(fù)合板材斷裂方式主要為穿晶斷裂和部分沿晶斷裂，斷面處能夠觀察到一定數(shù)量的較深的韌窩出現(xiàn);
　　(7)分析了A356-B4C復(fù)合板材的磨損機理，獲得了不同B4C含量及摩擦載荷和轉(zhuǎn)速對摩擦系數(shù)的影響規(guī)律:在B4C含量在0％-10％范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)隨著B4C含量的增大而減小;在摩擦載荷0N-60N，摩擦轉(zhuǎn)速30r/min-80r/min時，摩擦系數(shù)隨