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离心铸造SiC颗粒增强铝基复合材料活塞的组织性能研究

作　者: 李富强
导　师: 刘昌明
学　校: 重庆大学
专　业: 材料加工工程
关键词: ZL104/ZL109合金复合材料活塞离心铸造微观组织结构力学性能
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本论文研究了机械搅拌法制备SiC颗粒增强ZL104/ ZL109合金复合材料浆料的工艺,同时对制备的复合材料浆料进行了离心铸造成形工艺的研究,并对成形零件的组织、成分和性能进行了重点的研究。研究表明自行设计的制备装置合理可行,研究制备出了流动性良好的颗粒增强铝基复合材料浆料,得到了SiC颗粒在头部偏聚,裙部无颗粒的铝活塞,离心铸造成形零件完整光洁、组织致密,性能优良。本论文主要包括以下研究内容:研究了重量达到18kg、体积分数为20%、三种平均粒径为15μm,30μm,50μm的SiC颗粒增强ZL104/ ZL109两种基体合金的复合材料制备技术,确定了SiC颗粒的预处理工艺路线和合理的复合材料制备工艺。应用三维软件UG自行设计一套成型活塞的模具,并机械加工成模具。在自行设计的木制芯盒中制成活塞型芯。根据基体材料的不同,本文采用了两种浇注工艺制备出颗粒增强的复合材料活塞零件。从零件线切割试样宏观组织上看,ZL104为基体的复合材料零件(简称工艺一)明显分为有SiC颗粒的头部增强层、无SiC颗粒的裙部区和有明显孔洞缺陷的浇口区三层;ZL109为基体的复合材料零件(简称工艺二)无明显颗粒分层现象。对两种工艺条件下的零件微观组织结构、力学性能进行了对比分析。结果表明:工艺一增强层中颗粒分布均匀,无明显孔洞缺陷,组织更为致密;工艺一头部增强层的颗粒百分比高于工艺二;两种工艺条件下,试样增强层的布氏硬度在70HRB/80HRB左右,而少SiC颗粒裙部材料硬度大致为50HRB/60HRB,增强层的布氏硬度明显高于非增强层。研究了离心铸造成形的活塞零件增强层和非增强层材料热处理工艺,对热处理后的试样进行了硬度、耐磨性和热膨胀系数的测试。结果表明:增强层的硬度普遍高于非增强层的硬度,工艺二增强层经过热处理后的布氏硬度提高了22%,而非增强层的布氏硬度提高了50%;工艺一增强层的耐磨性能比热处理前提高了42%;在20～300℃的热膨胀系数为15×10-6·K-1,超过常用活塞合金的现有水平。

离心铸造SiC颗粒增强铝基复合材料活塞的组织性能研究

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