AlCuFe準(zhǔn)晶的制備及其與SiC分別增強(qiáng)ZL101的研究.pdf

1、Al-Si合金因其良好的鑄造流動(dòng)性，使得其所制備的鑄件具有致密、耐磨、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)，但因其內(nèi)部初生α-Al的晶粒較為粗大，且會(huì)生成影響溶液順利流動(dòng)的共晶Si割裂組織，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重影響制備出合金的綜合性能和相應(yīng)切削性，因此很難被廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天等領(lǐng)域。然而通過對基體合金添加增強(qiáng)顆粒，可以起到細(xì)化晶粒且強(qiáng)化合金的作用，傳統(tǒng)方法是應(yīng)用SiC作為增強(qiáng)相，但是由于SiC顆粒與金屬基體的潤濕性差，且容易與基體界面發(fā)生反應(yīng)，因此其應(yīng)用受到了一

2、定程度的限制。但是近年來由于準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)，改變了這一現(xiàn)狀，準(zhǔn)晶具有高強(qiáng)度、高硬度、耐熱、耐磨以及高溫穩(wěn)定性，最重要的是準(zhǔn)晶與基體潤濕性較好，是一種非常理想的。本文正是利用準(zhǔn)晶作為強(qiáng)化相，進(jìn)行增強(qiáng)ZL101鋁合金，并且與SiC增強(qiáng)ZL101合金做相應(yīng)比較。
　　本文首先利用常規(guī)鑄造法準(zhǔn)備出Al63+xCu25-xFe12(x=0,1)準(zhǔn)晶中間合金，隨后通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚪桨?，促使該合金中?zhǔn)晶I相的成分趨于單一，分析這兩種成分的準(zhǔn)晶組

3、織性能異同，并且在第一性原理的幫助下，利用準(zhǔn)晶近似相的參數(shù)，成功構(gòu)建了Al64Cu24Fe12準(zhǔn)晶“晶胞”的近似結(jié)構(gòu)，在幾何優(yōu)化成功的前提下，進(jìn)一步分析所構(gòu)建的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)相應(yīng)性能。其次，將制備出單一成分的準(zhǔn)晶制成增強(qiáng)顆粒，進(jìn)而強(qiáng)化ZL101合金，與SiC作為增強(qiáng)相時(shí)作對比。對二者的力學(xué)性能、顯微組織以及XRD進(jìn)行分析。
　　試驗(yàn)表明：鑄態(tài)Al63+xCu25-xFe12(x=0,1)準(zhǔn)晶中間合金主要包含4種相，分別為：先析出相λ、準(zhǔn)

4、晶I相、β相（τ相）和其他微量相。經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，?zhǔn)晶I相的XRD衍射峰明顯增高，且其類似相與其他雜相顯著減少，準(zhǔn)晶相趨于單一；并且根據(jù)分析可知，兩種成分的準(zhǔn)晶無論是在金相組織還是XRD分析，二者間并無明顯區(qū)別。再將球磨后不同晶粒度（200目以下，100目-200目，大顆粒）的Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶顆粒融入ZL101合金中進(jìn)行強(qiáng)化，對比分析可知，加入增強(qiáng)相后，ZL101中的初生α-Al顆粒尺寸會(huì)減少，起到一定的細(xì)化晶粒作用。此

5、外，由于準(zhǔn)晶顆粒的加入，片狀或者長條狀的共晶Si被打斷，其尺寸變得比較細(xì)小，彌散的分布到晶粒內(nèi)部。晶粒度在100目-200目間的準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)效果最佳，最大抗拉強(qiáng)度為357.26MPa，延伸率為10.16％，硬度為63.6HB。同時(shí)，將其與SiC顆粒增強(qiáng)ZL101復(fù)合材料進(jìn)行比較，結(jié)果表明：準(zhǔn)晶增強(qiáng)后的綜合性能均優(yōu)于SiC強(qiáng)化后復(fù)合材料的性能，與后者相比抗拉強(qiáng)度提高41.9%，延伸率提高25.89%，硬度增加5.1%。且流動(dòng)性也比SiC增