鋁鐵雙金屬鑄造工藝及其復(fù)合界面的研究.pdf

1、復(fù)合材料由于能將不同材料的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，在全球的各個(gè)領(lǐng)域都正在發(fā)揮著越來越重要的作用;關(guān)于復(fù)合材料的研究，也吸引著越來越多專家和學(xué)者的目光。而雙金屬?gòu)?fù)合鑄造材料，由于采用鑄造方法合成，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，具有很大的應(yīng)用前景，但是澆注過程中兩種金屬接觸時(shí)間短，降溫速度快，嚴(yán)重影響著二者的結(jié)合，這也成為制約雙金屬?gòu)?fù)合鑄造材料生產(chǎn)和應(yīng)用的瓶頸。因此，如何使雙金屬鑄件具有良好的結(jié)合和性能，是本文研究的重點(diǎn)。
　　 為用鑄造方法得到鋁鐵復(fù)

2、合線材，降低鋁包鋼芯鋁絞線的生產(chǎn)成本而設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)。自行設(shè)計(jì)復(fù)合鑄造模具，在潔凈的鐵絲表面預(yù)先進(jìn)行熱浸鍍鋁處理一定時(shí)間，用出爐溫度在800℃的鋁液澆注試樣，通過金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn):鋁和鐵的界面處形成了寬度為10μm～30μm的結(jié)合區(qū)域，成分分析結(jié)果表明其中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.37％，原子分?jǐn)?shù)67.75％。由元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)判定結(jié)合區(qū)主要由Fe2Al5和FeAl構(gòu)成，其顯微硬度值在HV250以上。相同澆注溫度下未

3、經(jīng)熱浸鍍鋁處理得到的試樣，通過金相觀察、能譜分析和顯微硬度測(cè)試，證實(shí)了鋁和鐵間形成了寬度為10μm的縫隙。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，采用預(yù)先浸鍍后澆注的工藝可以實(shí)現(xiàn)鋁和鐵的冶金結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)鑄造工藝得到鋁鐵復(fù)合線材的構(gòu)想提供出了初步的支持。
　　 為增加鋁鐵之間的擴(kuò)散，增強(qiáng)雙金屬鑄件的結(jié)合而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將常用合金元素Ni、Cr和Zr以1％-2％的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入工業(yè)純鋁中作為熱浸鍍?nèi)垠w，其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)保持不變。經(jīng)過形貌觀察、成分分析和性能測(cè)試，三種元

4、素都極大得提高了鋁鐵原子的擴(kuò)散，結(jié)合層寬度明顯增加，達(dá)200-400μm;并且結(jié)合區(qū)由FeAl、Fe2Al5、FeAl3等多種相構(gòu)成;另外，F(xiàn)e通過長(zhǎng)程擴(kuò)散和Al原子形成金屬間化合物在Al基體中析出，在加入Cr的試樣中，球狀彌散分布的新相對(duì)材料性能有積極作用。而加入的微量合金元素并不影響其導(dǎo)電性，并提高了耐蝕性。
　　 為解決汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用鋁合金強(qiáng)度和耐磨性不足的問題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體用雙金屬?gòu)?fù)合材料。將經(jīng)過表面清潔

5、處理的灰鐵250在ZL101A鋁合金熔體中進(jìn)行熱浸鍍處理，控制熱浸鍍時(shí)間，分別控制熱浸鍍時(shí)間為5min，10min，15min和20min進(jìn)行熱浸鍍處理，然后用出爐溫度在750℃的ZL101A鋁合金澆注試樣，取樣后在金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡下進(jìn)行微觀組織觀察，發(fā)現(xiàn)隨溫度的升高和時(shí)間的增長(zhǎng)，兩種合金的結(jié)合區(qū)域從無到有，過渡區(qū)域?qū)挾戎饾u增加，從20μm到70μm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熱浸鍍時(shí)間和溫度是影響試樣結(jié)合質(zhì)量的關(guān)鍵。
　　 利用