A356合金的強(qiáng)韌化和復(fù)合化工藝優(yōu)化及性能.pdf

1、鋁合金是汽車車輪常用材料，為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化和生產(chǎn)中節(jié)能的目的，本文采用A356合金為基體，研究微合金化和復(fù)合變質(zhì)細(xì)化處理以及鑄造后余熱淬火+人工時(shí)效的熱處理工藝對(duì)合金微觀組織的影響規(guī)律，獲得了優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝。同時(shí)成功制備了A356-K2ZrF6-KBF4和A356-K2ZrF6-B2O3體系復(fù)合材料，并研究了物理場(chǎng)(高能超聲和脈沖磁場(chǎng))下A356-K2ZrF6-KBF4的微觀組織和力學(xué)性能。利用OM、SEM、XRD、

2、DSC等分析手段，研究了所制備復(fù)合材料的凝固組織、內(nèi)生增強(qiáng)顆粒在基體中的形貌、分布；通過復(fù)合材料的室溫拉伸實(shí)驗(yàn)，分析了復(fù)合材料的斷裂機(jī)制；探討了物理場(chǎng)下熔體反應(yīng)法制備內(nèi)生顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的反應(yīng)機(jī)理；
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加合金元素Mn對(duì)鑄造后余熱淬火+人工時(shí)效的A356合金的富鐵相有較好的改善作用，針狀的富鐵相β-Al5FeSi變成了塊狀和短棒狀的α-Al(Mn,Fe)Si相；復(fù)合添加0.2％Al-5Ti-1B+0.2％A

3、l-10Sr+0.2％Al-10RE能夠?qū)356合金起到較好的變質(zhì)和細(xì)化作用，α-Al的晶粒變得細(xì)化，共晶硅的形貌也呈現(xiàn)圓整的顆粒狀，且分布均勻，無明顯粗大的塊狀和針狀；添加0.2％Al-5Ti-1B和0.2％Al-10Sr+0.2％Al-10RE后，抗拉強(qiáng)度σb和伸長(zhǎng)率δ分別達(dá)到268.1MPa和5.61％，分別較基體合金提高了27.1％和31.6％。同時(shí)，室溫拉伸斷口形貌照片分析表明，斷裂特征為韌窩型斷裂。
　　 分析表明

4、，A356-K2ZrF6-KBF4體系復(fù)合材料在850℃反應(yīng)生成了ZrB2顆粒，ZrB2顆粒形貌為規(guī)則的方塊狀和六方塊狀，顆粒尺寸大部分都在1-3μm；A356-K2ZrF6-B2O3體系復(fù)合材料在900℃反應(yīng)生成了Al3Zr、Al2O3和ZrB2顆粒。生成的Al2O3的顆粒形貌為細(xì)小的球狀，顆粒尺寸小于0.1μm，Al3Zr為細(xì)的長(zhǎng)條狀或者棒狀，尺寸為3-5μm，部分Al3Zr的尺寸大于8μm，ZrB2顆粒在1-3μm。對(duì)A356-K

5、2ZrF6-KBF4反應(yīng)體系的水淬試樣微觀組織SEM分析表明，原位內(nèi)生顆粒的形成動(dòng)力學(xué)機(jī)制為：反應(yīng)—破裂—擴(kuò)散。
　　 復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能試驗(yàn)和拉伸斷口形貌SEM結(jié)果分析表明，施加高能超聲功率為1.5KW，制備的A356-K2ZrF6-KBF4體系原位合成復(fù)合材料鑄態(tài)的抗拉強(qiáng)度σb為264.1MPa，延伸率δ為4.71％，較未施加高能超聲的復(fù)合材料分別提高了18.16％和12％。；脈沖磁場(chǎng)作用下制備的A356-K2ZrF6-

6、KBF4體系原位合成復(fù)合材料鑄態(tài)的抗拉強(qiáng)度σb為273.1MPa，比未施加磁場(chǎng)時(shí)的223.5MPa，增加了22.19％，伸長(zhǎng)率為3.96％，比未施加磁場(chǎng)的4.25％略有降低。高能超聲下制備的A356-20wt.％(K2ZrF6+KBF4)體系所制備的復(fù)合材料表現(xiàn)出明顯的韌窩斷裂特征。脈沖磁場(chǎng)下A356-20wt.％(K2ZrF6+KBF4)體系熔體反應(yīng)生成的復(fù)合材料的斷裂，屬塑性斷裂。物理場(chǎng)下熔體原位反應(yīng)生成的ZrB2p/A356基復(fù)合