固液混合鑄造鋁合金和高鉻鑄鐵的研究.pdf

1、固液混合鑄造是一種新型的材料制備技術，其主要工藝過程是在過熱的合金熔體中加入大量的同種合金粉末或潤濕好的異種合金粉末，經(jīng)強烈均勻攪拌后進行鑄造或各種熱加工。本文自行設計制造了固液混合鑄造的實驗設備，初步確定了固液混合鑄造制備高合金含量的鋁合金及高鉻鑄鐵的基本工藝規(guī)律，采用固液混合鑄造技術制備了合金成分較高的鋁合金和高鉻鑄鐵合金。通過DSC 分析、力學性能測試及OM、XRD、SEM 形貌分析等手段對固液混合鑄造Al-Mn 合金、Al-Cr

2、 合金、Al-Cu 合金以及高鉻鑄鐵的組織、性能及其后續(xù)重熔處理和擠壓成形性能進行了研究，并初步探索了固液混合鑄造工藝的細晶機理，研究結(jié)果如下： （1）采用固液混合鑄造技術有效地改善了合金的組織： 固液混合鑄造制備的Al-20Mn 合金的初生相尺寸可控制在10μm 以內(nèi)，且形貌以球形或等軸狀為主。 固液混合鑄造Al-20Cu 合金的初生α-Al 為薔薇狀或近球狀，其大小可以達到70μm（加入200μm～96μm

3、粉末）或50μm（加入74μm～43μm 粉末），明顯小于半固態(tài)加工的120μm。固液混合鑄造Al-40Cu 合金初生θ相更為圓整。長度方向的平均尺寸由普通鑄造500μm 減至100μm（加入200μm～96μm 粉末），或80μm（加入74μm～43μm 粉末）；徑向的平均尺寸由普通鑄造80μm 減為40μm（加入200μm～96μm 粉末），或30μm（加入74μm～43μm 粉末），長徑比由普通鑄造的6 減至2.5。 固液

4、混合鑄造制備的Cr15 高鉻鑄鐵合金的共晶碳化物組織更加細小，板片長度最大為50μm，碳化物有明顯的球化現(xiàn)象；奧氏體枝晶的樹枝狀形貌消除，形成更加細小的等軸晶粒；合金組織的共晶團尺寸變小，共晶團直徑在20μm～50μm之間，合金的偏析得以改善。 （2）固液混合鑄造有效地提高了合金的抗拉強度： 固液混合鑄造的Al-20Mn 合金的抗拉強度由傳統(tǒng)鑄造的30MPa，半固態(tài)鑄造的60 Mpa 提高到固液混合鑄造的100MPa 左

5、右，延伸率也有所提高。固液混合鑄造Al-10Mn 合金的抗拉強度大幅提高到130MPa，其后續(xù)加工性能得以改善。固液混合鑄造Al-10Mn 合金坯料經(jīng)過熱擠壓加工后其抗拉強度提高到181MP，其中坯料最佳加熱溫度為600℃。 固液混合鑄造Al-10Cr 合金的研究中發(fā)現(xiàn)，當粉料比為0.4，或當粉料比為0.2 且粉末粒度為38μm～74μm 時，合金的組織明顯細化，綜合力學性能較好,室溫拉伸性能為:σb=119.3MPa, σ0.

6、2=89.5MPa。 在固液混合鑄造工藝條件下，Al-20Cu 合金的室溫力學性能為：σb＝165MPa，σ0.2＝100MPa，δ＝2％（加入200μm～96μm 粉末）；σb＝193MPa，σ0.2＝116MPa，δ＝3％（加入74μm～ 43μm 粉末）。Al-40Cu 合金的室溫力學性能為：σb＝187MPa，σ0.2＝113MPa，δ＝1.5％（加入200μm～ 96μm 粉末）；σb＝209MPa，σ0.2＝125M

7、Pa，δ＝2％（加入74μm～ 43μm 粉末）。 固液混合鑄造的高鉻鑄鐵合金試樣室溫拉伸性能為：抗拉強度σb=635MPa，屈服強度σs=401MPa，高于普通鑄造制備的合金試樣。 （3）固液混合鑄造Al-10Cr 合金的磨損機制室溫時主要為磨粒磨損，而高溫時主要為粘著磨損，較半固態(tài)鑄造合金有較強的耐磨性。固液混合鑄造Al-10Cr合金的抗晶間腐蝕性能要高于半固態(tài)鑄造Al-10Cr 合金。固液混合鑄造Al-Cu 合金試

8、樣S2-4＋2＃的磨損量明顯小于實驗中其它加工方法制備試樣的磨損量，主要為“疲勞磨損＋粘著磨損”的層離剝落磨損機制。固液混合鑄造工藝改善了高鉻鑄鐵合金的耐磨性能，使摩擦磨損實驗的質(zhì)量損失率由1.00％降低到0.53％。 （4）固液混合鑄造高鉻鑄鐵合金試樣熱壓性能得以提高，墩粗變形比累計可達到34％以上，高于普通鑄造合金的22％左右。 （5）固液混合鑄造Al-10Mn、Al-20Mn 合金重熔處理后析出相變得圓整、均勻，且