雙金屬復(fù)合耐磨板的飛速進(jìn)步

隨著社會的進(jìn)步，制造業(yè)的飛速發(fā)展，人類物質(zhì)生活不斷提高，出現(xiàn)了資源和能源逐漸枯竭，生存環(huán)境逐漸惡化的嚴(yán)重問題。這要求使用可持續(xù)發(fā)展的材料。另一方面，在節(jié)能、節(jié)材的要求下，材料又向著輕量化方向發(fā)展，以減輕自重、提高功率質(zhì)量比，達(dá)到高速、高效、節(jié)能和減輕污染的目的。本文研究的鑄造復(fù)合耐磨板就是符合可持續(xù)發(fā)展的材料之一。因為從過共晶鋁硅合金的性能來看：它具有優(yōu)異的低膨脹性能，有很高的耐磨性、耐蝕性、較小的比重和良好的導(dǎo)熱性。因此，它被廣泛的應(yīng)用于汽車、航天等領(lǐng)域。在汽車工業(yè)方面，研究開發(fā)高性能的汽車材料成為汽車工業(yè)發(fā)展的一個重要課題，別是關(guān)鍵零部件材料，如發(fā)動機(jī)活塞、轉(zhuǎn)子等。但是長期以來，困擾和限制過共晶鋁硅合金應(yīng)用的主要問題是這類合金的缺點：脆性大，切削加工性差。因為過共晶鋁硅合金的顯微組織由粗大板狀多角形的初生硅和粗針狀的共晶硅所組成。粗大的初生硅作為硬質(zhì)點可以提高合金耐磨性，但因其硬而脆，割裂基體嚴(yán)重，故使合金的力學(xué)性能降低，同時加工性能變差，加工時刀具易磨損，表面光潔度差。因此，如何細(xì)化初生硅，提高合金的力學(xué)性能，對過共晶鋁硅合金變質(zhì)理論的完善發(fā)展及其應(yīng)用具有極其重要的意義。針對過共晶鋁硅合金晶硅的細(xì)化變質(zhì)問題，本文研究了不同體系變質(zhì)劑對過共晶鋁硅合金中晶硅細(xì)化的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)是變質(zhì)效果較佳的復(fù)合變質(zhì)劑。用此復(fù)合變質(zhì)劑對不同硅含量的過共晶鋁硅合金進(jìn)行了變質(zhì)，得出了較佳的變質(zhì)處理工藝參數(shù)。并對復(fù)合變質(zhì)及T6熱處理的過共晶鋁硅合金進(jìn)行了性能分析。1 復(fù)合變質(zhì)劑的組分配比 為了研究不同變質(zhì)劑及其組合對過共晶鋁硅合金中晶硅變質(zhì)效果的影響規(guī)律，本實驗配置了不同組分的變質(zhì)劑，通過實驗優(yōu)選出較佳的變質(zhì)劑組分，本文共設(shè)計了6種不同體系的變質(zhì)劑。(1) Al-Ti 體系； (2) Al-TiC 體系A(chǔ)l-Ti-TiC 體系； (4) Al-TiC-P 體系(5) Al-Ti-TiC-P 體系； (6) Al-Ti-TiC-P-Y(稀土) 體系 本文研究出的新型復(fù)合變質(zhì)劑Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)的SEM、EDS及XRD分析如圖1-1、1-2 所示：圖1-1復(fù)合變質(zhì)劑Al-Ti-TiC-P的SEM和EDSFig.1-1 SEM and EDS of composite modifier Al-Ti-TiC-P圖1-2 復(fù)合變質(zhì)劑Al-Ti-TiC-P的XRD分析Fig.1-2 XRD analysis of composite modifier Al-Ti-TiC-P2、復(fù)合變質(zhì)對過共晶Al-20wt.%Si合金組織的影響用配制的6種復(fù)合變質(zhì)劑對過共晶Al-20wt.%Si 合金進(jìn)行變質(zhì)處理，發(fā)現(xiàn)復(fù)合變質(zhì)劑Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)對過共晶鋁硅合金中晶硅的變質(zhì)效果較佳。 圖2過共晶Al-20wt.%合金的顯微組織Fig2 Microstructure of hypereutectic Al-20w.t%Si alloy. (a)(b) unmodified as-cast alloy.(c)(d) composite modificatoin by addition of Al-Ti-TiC-P-Y(RE) composite modifier從圖中可以看出，復(fù)合變質(zhì)后初生硅從大小、形態(tài)都到了明顯改善。尺寸在5～20μm之間，形態(tài)由變質(zhì)前的多角形、長條狀變?yōu)橐?guī)則的塊狀，分布也非常均勻。復(fù)合變質(zhì)劑Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)變質(zhì)過共晶Al-20wt.%Si合金的工藝參數(shù)為：變質(zhì)劑加入量0.5wt.%；變質(zhì)時間5分鐘；變質(zhì)溫度850℃。隨著過共晶鋁硅合金中硅含量的增加，復(fù)合變質(zhì)劑的加入量也需要隨之相應(yīng)的增加，硅含量每增加3wt.%，變質(zhì)劑的加入量相應(yīng)的增加0.3wt.%。3、復(fù)合變質(zhì)對不同硅含量的過共晶鋁硅合金性能的影響對不同硅含量的過共晶鋁硅合金復(fù)合變質(zhì)及T6熱處理后，測試合金的性能，包括布氏硬度、磨粒磨損和抗拉強(qiáng)度，主要研究結(jié)果如下：(1) T6熱處理可以改善過共晶鋁硅合金組織，使共晶硅粒狀化，由原來的針狀、纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)闄E球狀。T6熱處理對初晶硅影響不大，可以使長板狀星形初生硅在尖角初發(fā)生熔斷、鈍化，但不改變初生硅尺寸。(2) 復(fù)合變質(zhì)后的過共晶鋁硅合金布氏硬度明顯提高，且隨著含硅量的增加硬度也隨著提高。五種硅含量(16.8wt%，19.6wt.%，22.5wt.%，25.8wt.%，28.4wt.%)的過共晶鋁硅合金變質(zhì)后的布氏硬度比未變質(zhì)鑄態(tài)分別提高了26.2%，24%，22.8%，19.5%，18.9%；變質(zhì)+T6熱處理的布氏硬度比未變質(zhì)+T6熱處理分別提高了21.4%，15.5%，10%，1.2%，3.7%。(3) 復(fù)合變質(zhì)及T6熱處理使過共晶Al-16.8wt.%Si合金的抗拉強(qiáng)度及韌性提高。未變質(zhì)合金進(jìn)行T6熱處理，σb和δ比未變質(zhì)鑄態(tài)分別提高了29%和34.8%；變質(zhì)合金進(jìn)行T6熱處理的σb和δ比未變質(zhì)合金進(jìn)行T6熱處理分別提高了10.1%和47.7%。(4) 復(fù)合變質(zhì)及T6熱處理后，過共晶鋁硅合金的耐磨性提高。T6熱處理后，五種不同硅含量的實驗合金的耐磨性比未變質(zhì)合金分別提高了21.9%，16.6%，15.5%。24.9%，21.5%(5N)；10.8%，13.8%，13.3%，11.6%，22.2%(15N)。而變質(zhì)合金進(jìn)行T6熱處理后，耐磨性比未變質(zhì)合金進(jìn)行T6熱處理又有所提高，分別提高了4.5%，6.1%，9.2%，2.7%，9.9%(5N)；6.0%，6.1%，3.3%，1.2%，5.1%(15N)。合金耐磨性的提高主要是因為復(fù)合變質(zhì)后，初生硅得到細(xì)化，組織分布均勻，起到耐磨質(zhì)點的作用。另外經(jīng)T6熱處理，合金基體得到明顯強(qiáng)化.