雙金屬復合耐磨板的飛速進步

    隨著社會的進步，制造業的飛速發展，人類物質生活不斷提高，出現了資源和能源逐漸枯竭，生存環境逐漸惡化的嚴重問題。這要求使用可持續發展的材料。另一方面，在節能、節材的要求下，復合耐磨板材料又向著輕量化方向發展，以減輕自重、提高功率質量比，達到高速、高效、節能和減輕污染的目的。本文研究的鑄造過共晶鋁硅合金就是符合可持續發展的材料之一。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熱性。因此，它被廣泛的應用于汽車、航天等領域。在汽車工業方面，研究開發高性能的汽車材料成為汽車工業發展的一個重要課題，別是關鍵零部件材料，如發動機活塞、轉子等。但是長期以來，困擾和限制過共晶鋁硅合金應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點可以提高合金耐磨性，但因其硬而脆，割裂基體嚴重，故使合金的力學性能降低，同時加工性能變差，加工時刀具易磨損，表面光潔度差。因此，如何細化初生硅，提高合金的力學性能，對過共晶鋁硅合金變質理論的完善發展及其應用具有極其重要的意義。針對過共晶鋁硅合金晶硅的細化變質問題，本文研究了不同體系變質劑對過共晶鋁硅合金中晶硅細化的影響規律，發現了Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)是變質效果較佳的復合變質劑。用此復合變質劑對不同硅含量的過共晶鋁硅合金進行了變質，得出了較佳的變質處理工藝參數。并對復合變質及T6熱處理的過共晶鋁硅合金進行了性能分析。1 復合變質劑的組分配比 為了研究不同變質劑及其組合對過共晶鋁硅合金中晶硅變質效果的影響規律，本實驗配置了不同組分的變質劑，通過實驗優選出較佳的變質劑組分，本文共設計了6種不同體系的變質劑。(1) Al-Ti 體系； (2) Al-TiC 體系Al-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合變質劑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復合變質劑Al-Ti-TiC-P的SEM和EDSFig.1-1 SEM and EDS of composite modifier Al-Ti-TiC-P圖1-2 復合變質劑Al-Ti-TiC-P的XRD分析Fig.1-2 XRD analysis of composite modifier Al-Ti-TiC-P2、復合變質對過共晶Al-20wt.%Si合金組織的影響用配制的6種復合變質劑對過共晶Al-20wt.%Si 合金進行變質處理，發現復合變質劑Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)對過共晶鋁硅合金中晶硅的變質效果較佳。 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，復合變質后初生硅從大小、形態都到了明顯改善。尺寸在5～20μm之間，形態由變質前的多角形、長條狀變為規則的塊狀，分布也非常均勻。復合變質劑Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)變質過共晶Al-20wt.%Si合金的工藝參數為：變質劑加入量0.5wt.%；變質時間5分鐘；變質溫度850℃。隨著過共晶鋁硅合金中硅含量的增加，復合變質劑的加入量也需要隨之相應的增加，硅含量每增加3wt.%，變質劑的加入量相應的增加0.3wt.%。3、復合變質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合變質及T6熱處理后，測試合金的性能，包括布氏硬度、磨粒磨損和抗拉強度，主要研究結果如下：(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、纖維狀轉變為橢球狀。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生熔斷、鈍化，但不改變初生硅尺寸。(2) 復合變質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后的布氏硬度比未變質鑄態分別提高了26.2%，24%，22.8%，19.5%，18.9%；變質+T6熱處理的布氏硬度比未變質+T6熱處理分別提高了21.4%，15.5%，10%，1.2%，3.7%。(3) 復合變質及T6熱處理使過共晶Al-16.8wt.%Si合金的抗拉強度及韌性提高。未變質合金進行T6熱處理，σb和δ比未變質鑄態分別提高了29%和34.8%；變質合金進行T6熱處理的σb和δ比未變質合金進行T6熱處理分別提高了10.1%和47.7%。(4) 復合變質及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合金分別提高了21.9%，16.6%，