鋁硅合金快速凝固霧化工藝及粉體特性的研究.pdf

1、隨著汽車、摩托車工業(yè)、航空航天業(yè)的高速發(fā)展，對發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵部件一活塞的要求越來越高。目前具有優(yōu)異的耐磨性、低的熱膨脹系數(shù)以及優(yōu)良的鑄造性能和焊接性能的過共晶鋁硅合會普遍用來作為活塞材料。傳統(tǒng)鑄造工藝的過共晶鋁硅合金其鑄態(tài)組織主要由大塊初晶硅和共晶體組成。在過共晶鋁硅合金中初晶硅相的大小很大程度上決定了過共晶鋁硅合金的力學(xué)性能。所以，細(xì)化初晶硅相是改善過共晶鋁硅合金性能的有效方法。傳統(tǒng)的鑄造工藝是通過變質(zhì)處理來細(xì)化初晶硅相，但是這種處理

2、工藝因無法使硅相質(zhì)點細(xì)化到微米級，而應(yīng)用受到限制。所以，必須探索一種新的快速凝固工藝，賦予過共晶鋁硅合金更細(xì)的組織，以獲得更優(yōu)異的性能。 本論文采用了快速凝固方法中的氣體霧化法，以空氣為霧化介質(zhì)，自行設(shè)計制造了一臺霧化實驗裝置，采用正交試驗，系統(tǒng)地開展霧化制粉工藝及其對霧化粉體的特性影響規(guī)律的研究。并考察了粉體顆粒形狀、分布和顯微組織，討論了霧化粉體的形成機(jī)制，取得了如下結(jié)果： 1.噴嘴間隙δ是影響霧化效果的顯著因子。隨

3、著δ的減小，粉體平均粒度明顯細(xì)化。并且，粉體的≤90.5μm的粉末總含量逐漸變多。但過窄的間隙由于使氣流阻力加大，嚴(yán)重影響了噴霧氣體的流量，而使液體會屬碎化動量減小，從而，使液滴的粘附嚴(yán)重，不利于金屬液的碎化。 2.氣體流量Q是影響霧化效果的第二顯著因子。氣體流量的增大有利于霧化效果，粉體平均粒度減小，而細(xì)粉總含量增多；另外，粉體粒度隨著金屬液過熱度的增加(從20-220℃)，先是減小而后增大。在170℃時達(dá)到最小值，細(xì)粉產(chǎn)出率

4、也是最大；粉體粒度在噴嘴角度小于45°范圍內(nèi)，隨角度增大而減小。當(dāng)其達(dá)到45°時，發(fā)生倒噴現(xiàn)象。 3.霧化試驗的最佳工藝參數(shù)為：最佳的噴嘴間隙為0.55mm、較佳的氣體流量取本實驗所能達(dá)到的最大值(34m3/h)、最佳的噴嘴角度為30°、霧化合金的過熱度以170℃為宜。 4.相同條件下，合金，隨其含硅量的增大，粘度下降，霧化粉體的質(zhì)量改善。實驗中，A390粉末的平均粒度最小。共晶合金次之，純鋁的平均粒度最大。而當(dāng)Si含量

5、大于18％時，流動性下降，霧化效果變差，Al-30％Si合會的平均粒度明顯大于A390合金。 5.霧化粉體的最細(xì)顆粒的微觀組織中發(fā)現(xiàn)，極高的冷卻速率使共晶合金及過共晶鋁硅合金中出現(xiàn)了樹枝狀初生α(Al)組織；在Al-30％Si粉體最細(xì)顆粒的組織中出現(xiàn)了沒有初生硅相的非平衡(α+Si)共晶組織。高冷卻速率使合金在極度偏離平衡的條件下凝固，組織發(fā)生了對平衡極度偏離的變化。 6.粉體的微觀組織中初生Si相的尺寸與粉末微粒的粒度

6、呈近似線性反比關(guān)系。這與微粒的冷卻速度隨微粒的尺寸減小而增大有關(guān)。霧化工藝中一些參數(shù)如氣體流量、過熱度等因素，通過其對霧化液滴的碎化及冷卻的影響而產(chǎn)生了對組織中的硅相尺寸的影響。 7.微粒的冷卻速度與微粒的半徑成線性反比關(guān)系：v=0.366/r(K/s)。 8.鋁硅合金液霧化形成的粉體形態(tài)呈五花八門的長棒狀和不規(guī)則形狀，少數(shù)顆粒呈球形或類球形特征。霧化過程中動態(tài)的能量交換引起的合金液滴液態(tài)保持時間和其凝固時間的相對長短的