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    凝固条件对Al-Si复合材料中共晶Si形貌的影响

    2018-09-04   来源:   点击数:23次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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       中国钢管信息港相关报道:在温度较低时,由于晶粒间液相较少,基体合金中的晶粒除了相对滑动和转动外,凝固条件对Al―Si复合材料中共晶Si形貌的影响张学习,王德尊,姚忠凯(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001,E―mail;xuexzhanghotmail.(m)Al―15Si复合材料中Si相组织,利用金相和SEM分析了Al―15Si合金和AW)3i/Al―15Si复合材料中Si相在不同冷却方式下的形貌特征。结果表明:压铸态和重熔后炉冷态的Al―15Si合金中共晶Si均为片状,而Al23i/Al―15Si复合材料内共晶Si由片状转变为棒状;Al23i/Al―15Si复合材料750°C重熔后在水淬。模具中冷却和炉冷冷却条件下分别获得了细小变质态。针状及棒状等形态的Si相;炉冷处理可作为优化压铸态复合材料组织的!种途径。
      
      ―Si合金具有较好的机械、物理和磨损性能,在交通运输、航空航天与机械加工等工业部门获得了广泛的应用。由于该合金中硬而脆的Si相往往会诱发裂纹形成,因此控制Si相的形貌一直是这类合金研究的重点。添加微量的Na、Sr、P等元素可以细化初晶Si和共晶Si,但变质处理并不能使Si相完全球化。将Al―Si合金在稍低于其共晶温度下长时间保温,也可以使Si相发生球化,然而Si相在球化的同时将不可避免地发生粗化首先在石墨颗粒增强Al―Si复合材料中发现,石墨颗粒周围的共晶Si相发生了部分球化,并将这种现象与增强相对基体金属凝固时传热和传质过程的扰动联系起来。还需要依靠自身的塑性变形来与试样的变形相协调,而SiC颗粒的存在除增加滑移阻力外还将阻碍位错运动,从而增加了固相晶粒塑性变形抗力。因此,在液相体积分数较低时,SiC颗粒体积分数对压缩应力的影响尤其明显。
      
      2.2SiCP/2024复合材料在半固态下流变行为2.2.1压缩前保温时间的影响三种复合材料和基体合金在590C压缩前保温时间对应力一应变曲线的影响规律示于中。从中可以看出,在保温时间少于30min时,应力在应变为0.1左右时达到一最大值,随后迅速减小达到稳态。这个最大值与试样的断裂是有关的,在保温时间较短时尤其明显。当保温时间超过30min时,压缩应力在达到最大值后几乎保持不变。
      
      中国钢管信息港相关报道:不同材料的最大应力随保温时间的变化曲线示于中。通过比较可看出,自制样的石墨化度略低于Dunlop样的石墨化度,这可能是由于自制样的纤维较难石墨化;自制样在垂直方向的导热率略高于Dunlop样的导热率,这是因为一方面自制样的坯体通过针刺引入了一定量的z向纤维;另一方面,自制满足密布;均匀性胃dEleetroniePublishg的密度样的也略。就摩擦磨损性能而(a)―粗糙层结构;(b)―带状结构;一光滑层结构;(e)―分别为料柱顶部盘和底部盘内侧位置样偏光显微结构自制C/C复合材料的偏光显微结构表2C/C复合材料的性能摩檫磨损性能材料来源石墨化度n/%!上线性磨损/(七n.面1.次0质量磨损/自制样正常超载正常超载言,自制样与Dunlop样基本相当。所示为自制样的刹车性能曲线,可以看出,不管在正常着陆还是在超载条件下,自制样的刹车性能曲线平稳,无振动、拖尾现象;在超载条件下,摩擦因数仍较高。可见,采用定向流动热梯度CVI工艺,通过工艺参数的优化,完全能够制备出摩擦磨损性能优良的航空刹车用C/C复合材料。
      
      3结论a用定向流动热梯度CVI工艺制备航空刹车用C/C复合材料具有生产周期短,炭收得率高、能耗少、设备投资低、易于工业推广等优点,该工艺尤其适用于对多孔预制体进行预沉积增密。
      
      b.采用本工艺可实现沉积温度原位可控和温度梯度的调节,便于对沉积速率和沉积炭的显微结构进行调节。
      
      c样件密度分布较均匀,但结构变化较复杂,在料柱的不同位置以及同一盘中沿径向的不同位置,材料的显微结构都有所不同。通过工艺参数的优化,可以得到以RL结构为主的C/C复合材料。
      
      d采用定向流动热梯度CVI工艺可制备性能优良的航空刹车用C/C复合材料。应力随保温时间的增加而减小,尔后达到一恒定值。这个低的流动应力与复合材料中细小、团聚少的球形组织是有关的。球形固相颗粒被含有SiC颗粒的共晶液相所包围,这种组织结构解释了复合材料变形时低的流动应力。同时,Nguyen等人的研究表明,高温挤压的变形历史大大提高了复合材料在半固态下的变形性。这主要是由于材料在高温挤压和半固态压缩加热的过程中发生再结晶,而再结晶可产生大角度晶界,加速了晶界的融化。
      
      SiCp/2024复合材料和基体合金在590°C时保温时间对压缩应力一应变曲线的影响与复合材料相比,未增强基体合金的应力随保温时间的增加缓慢减小,保温30min后达到最小值。在半固态下保温5min后,压缩试样的微观组织由包裹大量液相的不规则颗粒组成,颗粒中包裹的液相显然不参加变形过程,并且基体合金中球形颗粒的尺寸较大且不规则,这些均使得基体合金在半固态压缩时具有高的应力。
      
      从可以看出,在保温时间较短时,复合材料的变形比基体合金容易,而保温时间较长时,情况则相反。这些结果表明,SiC颗粒的存在明显加速了组织的球化过程,使得在同样的半固态温度下,复合材料能够在比基体合金低的流动应力下变形。但是,SiC颗粒体积分数较高时,复合材料的压缩应力比未增强基体合金的大,这是由于SiC颗粒体积分数的增加使得总体固相体积分数有所增加。Nguyen等人也报导了同样的结果,但同时也指出,SiC颗粒体积分数的影响与复合材料中的液相体积分数有关。在液相体积分数较低时,压缩应力随SiC颗粒体积分数的增加而不断增加。
      
      十2 SiCp/2024复合材料和基体合金在590°C时的压缩应力与保温时间的关系2.2.2应变速率的影响示出了不同固相体积分数下三种复合材料和未增强基体合金的变形速率与稳态应力之间的关系曲线。由图可见,稳态应力与变形速率之间是一种非线性关系,稳态应力随变形速率的增加以一个递减的速率增加,表现为表观粘度的降低。在触变成形过程中,半固态金属的表观粘度随变形速率的增加而降低,这一特性正是显著伪塑性流体流变特性,这也说明在大变形速率的情况下,半固态金属依然具有低变形速率(1-310s-i)时的流变特性。由图还可以看出,随固相体积分数的降低,稳态应力值增加的越缓慢,即半固态金属的粘度越低。金属锭坯二次加热温度不同,则其固体晶粒的熔化程度不同,客观上表现出半固态金属的粘度不同。因此,二次加热的温度越高,固体晶粒的熔化程度越高,其固相体积分数越低,粘度也就越低。
      
      在不同固相体积分数下,三种复合材料和基体合金的压缩应力与变形速率的自然对数关系示于中。由可见,压缩应力与变形速率的自然对数之间均存在线性关系,也就是说,SiC/2024复合材料在半固态下具有假塑性行为,可用Norton-Hoff定律£7=/"进行描述。中直线的斜率为应变速率敏感性指数/.示出了2024基体合金及SiCp/2024复合材料不同液相体积分数下的压缩应变速率敏感性指数w的比较结果。由图可以看出,SiC颗粒体积分数对应变速率敏感性指数m几乎没有影响,这一结果与Nguyen等人的研究结果相吻合。应变速率敏感性指数m与液相体积分数是有关的,值随液相体积分数的提高而增大。
      
      液相体积分败9,SiCp/2024复合材料及基体合金不同¢7,下压缩应变速率敏感性指数的比较3结论对SiCp/2024复合材料进行了高温及半固态压缩试验。试验结果表明,复合材料在高温及半固态下压缩时的流动应力随试验温度的提高而显著下降。其变形机制由高温时的基体晶粒的塑性变形逐步转变为半固态下的基体晶粒沿着有液相存在的晶界的相对滑动与转动以及固相晶粒间液相的流动等方式共同完成。中国钢管信息港相关报道
      
      SiCp/2024复合材料在半固态下的压缩应力随SiC颗粒体积分数的增加而增加,在低温时尤其明显。但压缩应力仍很小,这有利于复合材料的成形应用。
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