铝钢双金属液固复合铸造研究现状

随着资源短缺、环境污染等问题日益凸显,节能减排成为全世界追逐的目标,汽车工业中用轻质铝合金代替传统的钢或铸铁的趋势越来越明显。铝钢双金属兼具铝合金和钢或铸铁的性能优势,是极具潜力的缸体、活塞等发动机零部件材料。双金属复合铸造因具有工艺简单、结构受限小等优点而被广泛关注。铝钢液固双金属复合铸造的主要挑战包括基体表面易氧化、Al对Fe润湿性差和界面处形成硬脆金属间化合物,导致双金属结合性能不理想。近年来,研究人员在提高铝钢液固复合铸造双金属界面结合强度方面开展了大量研究。本文对常用的铝钢液固复合铸造工艺及其质量影响因素进行了概括,并总结了近年来铝钢液固复合铸造双金属界面相组成和演变过程的研究现状,最后对铝钢液固复合铸造在提高界面结合强度方面的研究进展进行了综述。在此基础上,本文对铝钢双金属液固复合铸造未来研究和发展方向进行了总结和展望。

钢/铝双金属固-液复合工艺研究

研究冲击射流固-液复合法制备钢/铝复合材料,预先对钢基体表面预处理,在浇铸过程中改变钢基体的移动速度,使得铝液与钢基体产生不同程度强化换热作用。利用SEM、XRD、EDS及导热仪检测分析钢/铝复合层的组织形貌、成分及导热性,用万能力学试验机测量其剪切强度。实验结果表明,随着钢基体移动速度升高,铝液对钢基体冲击射流换热量减小,复合界面由Fe/Al金属间化合物组成,钢基体表面镀锌层起到了润湿、漫流、保护作用,有效提升了钢/铝之间结合强度。在浇铸温度810℃,钢基体移动速度为12 mm/s时,测得结合强度为19.1 MPa,测得最高热导率为88.23 W/(m·K)。

间距对321钢/1230铝双金属管爆炸焊接影响的数值模拟

以321钢/1230铝双金属管为研究对象,利用Ansys LS-DYNA有限元软件结合SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法对其爆炸焊接过程进行了数值模拟.计算并建立了爆炸焊接窗口,对基复管的结合过程、界面压力和等效应力进行了分析.并研究了基复管间距对复管位移、碰撞速度和塑性变形的影响.结果表明:基复管间距对复管的塑性变形和碰撞速度影响较大,间距过小则会影响金属管的焊接质量,结合强度较低,这与实验所得结论一致.模拟所得复管碰撞速度与Gurney推广公式和Aziz公式计算的理论速度吻合较好.

高熵合金涂层对铝/钢液固复合双金属组织和性能的影响

本工作利用超音速火焰喷涂技术在45钢表面热喷涂FeCoCrNiAl高熵合金涂层,并采用液固复合的方法制备了铝/钢双金属复合试样,研究了高熵合金涂层对铝/钢双金属界面组织和性能的影响。利用相图计算软件Thermo-Calc计算了Al-Fe-Si体系在600℃和750℃下的等温截面,并采用SEM-EDS、EBSD、EPMA、纳米压痕仪和万能力学试验机对铝/钢双金属界面的微观组织和性能进行分析。结果表明:未喷涂高熵合金涂层和喷涂高熵合金涂层的铝/钢双金属之间均实现了冶金结合,在双金属界面处均未观察到裂纹等缺陷,过渡层平均厚度分别为24.5μm和25.7μm。界面过渡层均由Al_(5)Fe_(2)、τ1-(Al,Si)5Fe_(3)、Al 13 Fe 4、τ5-Al_(7)Fe_(2)Si和τ6-Al_(9)Fe_(2)Si 2组成,笔者以此绘制了铝/钢之间的扩散路径。喷涂高熵合金涂层的铝/钢双金属经液固复合后界面处未发现高熵合金层;Co、Cr、Ni元素以固溶的形式存在于双金属基体和过渡层中,并未改变Al_(5)Fe_(2)相在[001]方向上的择优取向。铝/钢双金属界面过渡层的纳米硬度较两侧基体高,过渡层中Al_(5)Fe_(2)相的平均硬度最高;Co、Cr、Ni固溶到过渡层中,对过渡层硬度的影响不大。铝/钢双金属界面剪切强度为8.3 MPa,钢表面喷涂高熵合金后,铝/钢双金属界面剪切强度为12.2 MPa,剪切强度提高了47%。铝/钢双金属剪切断裂均为脆性断裂,断口组织主要为Al_(5)Fe_(2);热喷涂高熵合金后,试样断口具有更多的撕裂棱,高熵合金涂层各元素在Al_(5)Fe_(2)中的固溶一定程度上提高了Al_(5)Fe_(2)的强度。

多层喷射沉积铝/钢双金属板材的研究

采用多层喷射沉积技术制备铝 /钢双金属板 ,分析了其中对双金属板界面结合产生影响的因素。结果表明多层喷射沉积技术在制备双金属板材方面有工艺设备简单 ,结合强度高等特点。其中在沉积前应对沉积的基板进行预热 ,预热的温度是双金属结合的关键。另外适当地热轧也能提高铝

喷射沉积及气体扫描技术制备铝锡-钢双金属复合板材

利用雾化沉积加气动扫描工艺制备了铝锡 -钢双金属复合板 ,并对气动扫描的工艺参数、基板的预热温度和轧制温度进行了研究 ,分析观察了沉积态和轧制态的双金属界面的组织结构 .结果表明 ,在雾化压力 0 .8～ 1.0MPa ,沉积距离 30 0mm时 ,采用气动扫描辅助喷嘴 ,并在 2 0 0℃预热基板 ,可得到一最佳效果双金属板坯 ;在 2 2 0～ 2 30℃轧制后可得到界面粘结牢度达到国标要求的。

多层喷射沉积铝/钢双金属板的轧制

用多层喷射沉积技术制备铝/钢双金属板坯,在不同热轧工艺条件下进行了轧制。不同的热轧工艺材料有不同的性能,不同的热轧工艺对双金属的铝/钢界面结合强度有着显著的影响。本文分析了工艺参数对界面结合的影响,并提出了优化的工艺参数。

异步轧结铝─钢双金属的实验研究

指出了轧结金属复合材料的新工艺──异步轧结的前景，实验证实异步轧结金属复合材料比同步轧结时的轧制压力和轧制功率低得多：且其结合强度得到明显地提高。

铝-钢双金属管材的生产与应用

论述了铝-钢双金属管的生产的方式与应用领域,根据潜在市场需求和现有生产技术条件,分析了开发铝-钢双金属管的生产技术和应用市场的可行性。从而为铝合金管和钢管的深加工技术发展开辟了新途径。

搅拌摩擦钎焊制备铝/钢防腐双金属复合板新技术

针对传统搅拌摩擦焊因针的磨损而难以适用钢材的不足,西安交大焊接研究所开发了一种摩擦钎焊专利技术,并用其成功地制备了铝/钢(Al/steel)防腐双金属复合板。该技术以摩擦热作为热源,采用无针柱状搅拌头,并预置合适钎料在大气环境下施焊。与传统搅拌摩擦焊的区别在于,用母材的快速熔解代替其塑性变形(特别是较硬的钢材);可避免钢材对针端的磨损;无匙孔。与传统炉中钎焊相比,免用钎剂与保护气体;加热/冷却速率快;可导入压力以挤出多余低强度、低熔点钎料,并使焊缝致密并强化;多途径有效抑制金属间化合物过度增厚。

钢铝双金属复合板的轧制及其界面分析

采用不同的表面处理方式制备了20钢和纯铝板基材的冷轧双金属复合板,并用剥离试验法测定了钢铝双金属复合板的结合强度,对比得出了最佳表面处理方式。在此方式下,研究了压下率对钢铝双金属复合板结合强度的影响,得出最佳压下率。采用电子显微镜、扫描电镜观察分析了复合板结合界面的金相组织、结合面形貌、元素分布及基材表面形貌。结果表明:化学处理和机械处理相结合的表面处理方式可以提高复合板的结合强度。在最佳表面处理方式下,当压下率为65%时,钢铝双金属复合板的结合强度最高,为13.3 N/mm(误差值±0.1 N/mm)。复合板界面钢侧没有Al元素扩散,Al侧没有Fe元素扩散,界面结合方式以机械结合为主。

浅论铝锡40铜钢双金属轴瓦性能及应用前景

本文主要介绍了铝锡40铜－钢双金属轴瓦的基本结构、优良性能和应用前景，以及在实际运用中的使用状况，分析了铝锡40铜－钢双金属轴瓦今后的发展趋势。

高性能轴瓦材料—铝锡20铜-钢双金属卷带的研制

讨论高性能轴瓦材料—铝锡 2 0铜

铝锡20铜—钢双金属板复合工艺的改进

对铝锡20铜-钢双金属板的复合工艺进行改进,将其热复合工艺改进为冷复合工艺,降低生产成本700元/t,并已在生产实践中应用,取得了很好的经济效益。

铝/钢双金属液-固复合技术研究进展

铝/钢双金属复合材料在航天航空、汽车制造领域具有广阔应用前景。强化铝/钢双金属复合材料界面结合是本领域的研究重点和难点。总结了国内外对于铝/钢双金属复合材料界面强化的研究现状,包括含不同元素的热浸镀法、增加磁场及添加超声波振动等方法。综述了其复合机理,包括中间相的形成长大及其影响因素,中间相的种类、分布对复合材料性能的影响等。最后,提出了铝/钢双金属复合材料未来研究方向和展望。

稀土Eu对铝/钢液-固复合双金属界面组织及力学性能的影响

研究了稀土元素Eu对Al-7%Si/45^(#)钢液-固复合双金属界面组织的影响,并研究了加入Eu后对Al-7%Si/45^(#)钢双金属界面硬度和结合强度的影响。采用扫描电镜(SEM)对试样微观组织进行观察,采用能谱仪(EDS)等对试样进行成分分析,结果显示:加入稀土元素Eu后,Al-7%Si合金中共晶硅由粗大板片状转变为纤维状,同时金属间化合物层的厚度变薄;加入Eu并未改变界面金属间化合物种类,但是金属间化合物的形貌和尺寸发生改变,Fe_(2)Al_(5)相由舌状变平滑,τ1-(Al,Si)_(5)Fe_(3)相分布区域变窄,铝合金基体中的τ6-Al9Fe_(2)Si_(2)相由粗大针状变为细小针状。EDS面扫描和线扫描结果表明,稀土Eu元素可能抑制了Al和Fe元素的互扩散,阻碍了金属间化合物的凝固生长。稀土Eu元素加入明显提高了铝/钢双金属界面的硬度和结合强度。

表面处理对钢-铝双金属铸件组织性能的影响

采用未浸表面改性剂直接热浸铝、浸表面改性+热浸铝两种不同的表面处理工艺分别对钢基体外表面进行处理,利用镶铸法制备钢-铝双金属复合材料,研究了复合铸件铸态和T6态的界面组织和结合性能。结果表明,直接浸铝铸件在Fe-Al交界处存在缝隙,未形成冶金结合层,其界面结合情况较未处理铸件有所改善,界面结合力提高了21.23%,达到60.30kN,缝隙率降至10.99%;改性+浸铝铸件存在Fe-Al、Al-Al两种界面,在Fe-Al界面处出现"锯齿状"冶金过渡层,界面剪切强度较直接浸铝铸件提高13.85%以上,缝隙率降至2.93%。改性+浸铝铸件T6热处理后,过渡层厚度明显增加,"锯齿"平均长度由31μm增至46μm,且过渡层成分逐渐均匀化,界面结合力增至79.71kN。