选区激光熔化成形TiB_(2)/Al-Si-Mg大尺寸复杂构件

选区激光熔化(SLM)成形大尺寸复杂构件厚度多样、成形高度较高、方向复杂,需要研究构件微观组织均匀性和力学性能稳定性。本文以SLM成形TiB_(2)/Al-Si-Mg复合材料为研究对象,分析复合材料多级微观组织,对比不同成形厚度、高度、方向下复合材料的力学性能。结果表明:复合材料表现出熔池特征结构,细小等轴晶粒组织均匀分布且随机取向,纳米TiB_(2)颗粒在材料内部弥散分布。随成形厚度增加,复合材料伸长率保持稳定,抗拉强度受本征热处理影响略微增大;在不同成形高度下,复合材料抗拉强度和伸长率保持稳定;在不同成形方向下,复合材料抗拉强度保持稳定,伸长率受熔池结构影响在水平方向略高。基于以上结果,成功制备大飞机舱门铰链臂(588 mm×318 mm×470 mm)复杂结构件。

离心铸造自生初晶Si、Mg_2Si颗粒增强Al基复合材料铸件工艺研究

采用不同的离心铸造工艺参数制备了自生初晶Si与Mg2Si颗粒增强Al基复合材料筒状铸件,铸件的内层富含增强颗粒,而外层没有增强颗粒。在铸件切削加工过程中发现,采用高温浇注无冷却水喷淋、低过热浇注无冷却水喷淋,以及高温浇注冷却水喷淋工艺参数得到的铸件,其内部存在明显的缩孔缺陷,而采用低过热浇注冷却水喷淋工艺参数制备的筒状铸件,铸件内部没有发现缩孔现象。对缩孔的形成过程分析发现,内层偏移的大量初晶Si、Mg2Si颗粒与铸型的冷却作用导致了筒状铸件的内壁和外壁同时向铸件心部凝固的对向凝固特征,这种对向凝固使得铸件的内部没有足够的液体进行补缩,最终形成缩孔。

离心铸造制备原位初晶硅和Mg_2Si颗粒增强铝基骤变复合材料的组织与性能

采用离心铸造工艺制备初晶硅和Mg2Si颗粒混合增强铝基骤变复合材料,采用光学显微镜、X射线衍射仪、硬度计等对此复合材料组织与性能进行了研究。结果表明:该复合材料分为增强层(内层)与非增强层(外层),两层之间存在明显的宏观界线,内层偏聚了大量的初晶硅与Mg2Si颗粒,而外层仅有极少量的颗粒;从内层到外层,硬度呈现先降低后升高趋势;在小载荷下,内层与外层耐磨性能差异显著,而在大载荷下,两者差异微弱;初晶硅颗粒显著提高了复合材料在小载荷下的耐磨性,Mg2Si颗粒提高磨损性能的作用次之。

Mg2Si/Al复合材料的组织和力学性能研究

采用半固态挤压法制备了原位自生的Mg2Si颗粒增强铝基复合材料,研究了它们的组织,同时研究了挤压比压对力学性能的影响。结果表明,当其它制备条件相同时,在255、340和425 MPa条件下制备的半固态挤压Mg2Si/Al复合材料中的α-Al基体和Mg2Si增强相皆出现球化,但与重力铸造复合材料相比,Mg2Si增强相的颗粒尺寸没有明显变化。拉伸测试结果表明,在255 MPa、340 MPa和425 MPa条件下获得的半固态挤压Mg2Si/Al复合材料具有优于重力铸造复合材料的力学性能,其抗拉强度和伸长率分别提高71.88%、53.13%、43.75%和378%、139%、106%。在255 MPa挤压比压下制备的复合材料表现出最优的抗拉强度及伸长率。

Al-5Ti-1B与Y复合添加对铸造Mg-5Al-5Si合金的影响

【目的】为细化Mg-Al-Si合金中的粗大Mg_(2)Si相,添加Al-5Ti-1B和稀土Y对Mg-5Al-5Si合金进行变质处理。【方法】熔炼制得不同成分的Mg-Al-Si合金,使用多种测试方法对变质前后合金成分、微观组织及力学性能进行分析,并讨论其变质机理。【结果】结果表明:在Mg-5Al-5Si合金中添加Al-5Ti-1B,初生相形貌由粗大块状转变为细枝晶状或多边形状,共晶相数量随着Al-5Ti-1B添加量的增加而减少,合金硬度显著提高,这是因为TiB_(2)为Mg_(2)Si提供了形核基底。当合金中添加1.0%Al-5Ti-1B时,再添加Y会使初生相尺寸进一步减小,形貌规整。当复合添加1.0%Al-5Ti-1B和1.0%Y时,初生Mg_(2)Si相平均尺寸降低到10.2μm,形貌为细小多边形状,合金拉伸力学性能最优,稀土Y的变质机理主要为吸附毒化。

Mg-4Al-2Si合金固溶处理过程中Mg_2Si相颗粒的球状化

实验研究了Mg-4Al-2Si合金固溶处理过程中汉字状Mg2Si相颗粒的球化现象及其工艺参数对球化的影响。结果发现:Si沿Mg/Mg2Si界面扩散,使粗大的汉字状Mg2Si颗粒发生部分溶断,并依靠自发球化的趋势通过向未溶的粒状Mg2Si扩散聚集完成球化;最佳球化工艺为420℃保温16h。

自生Mg_2Si颗粒增强Al基复合材料的组织细化

研究了Sr以及Ce Sr复合添加剂对Al/Mg2Si/Si自生复合材料凝固组织的影响规律。当Ce、Sr的加入量分别为1.0%和0.7%(质量分数)时,Mg2Si增强体以细小短棒状形态出现,其平均粒径为12μm,这比未经细化处理的Mg2Si增强体的平均粒径降低52%。同时,单位面积Mg2Si晶粒平均数量为未经细化处理时的4～6倍。单独加入Sr时,复合材料的组织细化则不如Ce Sr复合处理时的稳定。对相关机制的研究表明,上述细化元素对Mg、Si原子在合金熔体中扩散的不同程度的抑制是微观组织得以细化的根本原因。

含金属Mg相的Mg_(2)(Sn,Si)薄膜的微观结构与热电性能

利用高真空磁控溅射设备,采用Mg-Sn-Si合金靶材和纯Mg靶进行顺序沉积,在表面含有500 nm厚氧化硅的单晶Si(100)衬底上制备了不同Mg含量的Mg-Sn-Si薄膜。沉积Mg-Sn-Si薄膜的相组成、化学成分、表面和横截面形貌和热电性能被系统的测量、观察和分析。结果表明,制备的Mg-Sn-Si薄膜由Mg_(2)(Sn,Si)固溶体和金属Mg相组成。随着金属Mg相含量的增多,沉积薄膜载流子浓度升高,迁移率降低。沉积薄膜的电导率随着金属Mg相含量的增多而增大,而Seebeck系数降低。沉积薄膜的金属Mg相含量增加,虽然电导率增加,但因Seebeck系数急剧下降,最终导致功率因子下降。在所研究的金属Mg含量范围内,Mg_(2)(Sn,Si)固溶体薄膜含有部分金属Mg相,对提高复合薄膜的功率因子是不利的。

往复挤压Mg-4Al-2Si合金中Mg_2Si颗粒形貌与分布

使用往复挤压细化Mg-4Al-2Si(AS42)合金组织,利用OM,SEM和TEM研究Mg2Si颗粒形貌和分布特征。结果表明,铸态AS42合金中Mg2Si颗粒呈共晶汉字状和初生块状。共晶Mg2Si经2道次往复挤压后全部破碎,且分布均匀。经6道次挤压后初生Mg2Si颗粒全部破碎,细小的Mg2Si颗粒已基本球化。往复挤压合金中Mg2Si颗粒尺寸遵循Weibull分布,颗粒平均尺寸、标准差和相对密度随挤压道次增加而提高,经过8道次挤压后分别为1.3μm、0.7μm和540%。

离心铸造铝基梯度功能复合材料自生Mg_2Si/Si颗粒的定量研究

采用热模离心铸造工艺成功制备出了三种不同规格的初生Si／Mg2Si共同增强Al基复合材料筒状零件。对零件增强层颗粒体积分数和粒径的测量发现：随着筒状零件直径的增大，距内壁相等的位置颗粒的体积分数、初晶颗粒的粒径不断增大。而单个零件的初晶Si增强颗粒粒径，由内壁到外壁不断减小，而初Mg2Si颗粒粒径则呈相反的趋势。而且增强颗粒的体积分数在距内壁3-4mm处高达26％～29％，随后慢慢下降。

Mg_2Si颗粒增强自生铝基复合材料气缸套

采用离心铸造工艺制备初生Si与Mg2Si颗粒混合增强梯度自生铝基复合材料筒状毛坯,并将毛坯加工成气缸套零件,该零件的内壁有2～3mm厚的颗粒增强层。微观组织显示,内壁增强层中混合颗粒的体积分数高达38%,而外壁没有增强颗粒;硬度与磨损试验表明,增强层具有较高的硬度与良好的耐磨性。磨损过程与复合增强机制表明,初生Si颗粒承担了主要的磨损载荷,Mg2Si相是提高增强效果必不可少的第二相颗粒。

原位Mg_2Si颗粒对镁合金基体应力分布影响的模拟研究

利用大型商业有限元软件Ansys模拟AZ91D镁合金和原位Mg2Si颗粒增强AZ91D基复合材料在相同单向外载荷条件下的应力分布情况,并获得原位Mg2Si增强颗粒对镁基复合材料力学性能的影响。结果表明:材料远离受力面而靠近约束面上的尖角处易应力集中;Mg2Si颗粒的产生提高了材料抵抗弹性变形的能力,从而使该复合材料得到强化;在拉伸应力场超过屈服极限的情况下,基体开裂或界面脱落是失效的主要形式。

Mg_2Si颗粒增强镁基复合材料组织和力学性能的研究

利用工业粉尘作为硅源与镁合金进行化学反应,通过铸造方法原位制备了Mg2Si颗粒增强镁基复合材料,通过金相分析、XRD分析,研究了复合材料的组织结构和力学性能。结果表明,镁合金和硅粉发生原位反应生成了分布均匀粗大树枝状的Mg2Si,经过T6热处理后,粗大的树枝状Mg2Si转化成细小的颗粒状。制备的复合材料室温抗拉强度平均为254 MPa,屈服强度约为119 MPa,伸长率接近4%。

Mg_2Si/Al内生颗粒增强复合材料的研究进展

根据铝与Mg_2Si的共晶反应而制备的Mg_2Si/Al内生颗粒增强复合材料具有密度小、热稳定性高、增强体分布均匀、切削加工性和成型性能良好等优点,受到了国内外的广泛关注。这一材料的关键问题在于其中的Mg_2Si相为小晶面长大模式,尺寸粗大、形貌规则,导致复合材料脆性严重,通常情况下其伸长率不足1.5%。本文对这一材料的变质处理、材料体系、成型与制备技术三方面进行了综述。Mg_2Si的变质与细化研究是这一领域最为活跃的方面,研究证明,几乎所有在铝合金中具有变质作用的元素对Mg_2Si都有一定的变质作用,其中变质作用最为显著的是稀土元素、碱金属和碱土金属以及B、Sb、Ti、Mn、Ni等微合金化元素。Al/Mg_2Si的形貌通过恰当的变质处理,铸态Mg_2Si/Al内生颗粒增强复合材料的强度可以达到280MPa,伸长率可以达到约4%,显著高于基体材料的铸造性能。材料体系的选择方面的研究比较薄弱,主要集中在铝镁硅合金系,Mg_2Si含量以15%的近共晶成分为多,过共晶体系中Mg_2Si含量最高也没有超过30%。材料成型与改性方面的研究也只是刚刚开始,这一材料无一例外都是凝固成型。研究发现,凝固前的熔体过热处理和搅拌等熔体预处理都可以改善Mg_2Si的形貌和尺寸,粗大的初生Mg_2Si的平均尺寸可以细化到约40μm;低过热浇注及凝固过程加压和快冷可以显著改善Mg_2Si的尺寸和形貌,在快速凝固条件下,Mg_2Si将由小晶面长大模式转变为非小晶面连续长大模式;凝固后的热变形以及热处理也能显著改善其微观组织和性能。内生Mg_2Si/Al复合材料的成型技术研究比较薄弱,其中,挤压铸造Mg_2Si/Al复合材料具有突出的优势,挤压铸造的A380铝合金-Mg_2Si复合材料,平均尺寸由75μm降为30μm,形状系数由0.77降为0.22。

自生Mg_2Si颗粒增强过共晶Al-18%Si合金的热处理工艺研究

在分析稀土对初晶硅、共晶硅及Mg2Si相结晶行为影响的基础上,通过正交试验方法,对合金Al-18%Si-Mg合金的最佳热处理工艺进行了研究。用扫描电镜与金相显微镜观察了不同热处理工艺制度(固溶与时效制度)下过共晶Al-18%Si-Mg合金的显微组织,并通过测试相应的力学性能,分析得出了该合金的最佳热处理工艺参数。

往复挤压Mg-4Al-2Si合金时Mg_2Si颗粒的破碎规律

采用往复挤压工艺细化Mg-4Al-2Si(AS42)镁合金组织,研究了挤压过程中Mg_2Si颗粒的细化效果、破碎特征、分布规律及破碎机制。结果表明:从铸态到挤压8道次态,随挤压道次的增加,颗粒不断细化,均匀度和弥散度逐渐提高;挤压11道次时,颗粒发生粗化;合金在400℃、应变速率0.01s^(-1)条件下的压缩峰值应力约为75MPa,大于Mg_2Si颗粒的断裂应力(48MPa),挤压使颗粒发生开裂;随挤压道次的增加,位错密度逐渐增大,位错在Mg_2Si颗粒处的数量增多,应力集中急剧增大,从而导致颗粒发生破碎。

汽缸套自生颗粒增强Al-Si-Mg复合材料的制备与台架实验研究

观察并研究离心铸造自生颗粒增强Al-Si-Mg复合材料600 cc发动机铝合金缸套铸件沿径向方向的微观组织特征,检测铸件的硬度及耐磨性能;对铝合金缸套内表面腐蚀处理后进行台架实验。结果表明：Al-Si-Mg复合材料铸件内层偏聚了大量的自生初晶Si/Mg2Si颗粒,体积分数达27.6%,初晶颗粒体积分数较大的区域其硬度值也较高,铝合金缸套内层增强层的体积磨损量低于摩托车用铸铁缸套;低压铸造时,需在铝合金缸体内孔装填耐火棉,以保证铸件充型完整且不发生跑火现象,铸造成型缸体与缸套之间获得良好的冶金结合效果;台架实验测得600 cc铝合金缸体发动机的输出功率最大达22.66 k W,转矩最大达44.37 N·m,达到设计要求。

Sb对过共晶Mg-4.8%Si合金中Mg_2Si初晶变质的影响

利用Mg-20%Sb中间合金对过共晶Mg-4.8%Si合金进行变质处理,考察Sb的含量对Mg2Si初晶变质效果(主要包括形态和尺寸)的影响规律,并讨论其变质机制。结果表明:Sb的加入量是决定其能否有效变质过共晶Mg-4.8%Si合金中Mg2Si初晶的重要因素;在未变质的过共晶Mg-Si合金中,Mg2Si初晶以粗大的树枝晶状为主;当Sb加入量低于0.8%(质量分数)时,Mg2Si初晶形态无明显改善,其平均尺寸略有降低;当Sb加入量达到并超过1.2%后,Sb才能有效变质过共晶Mg-4.8%Si合金中Mg2Si初晶,且Mg2Si初晶呈细小的颗粒状弥散分布,其平均尺寸迅速减小;其变质机制应与残留在熔体中弥散分布的Mg3Sb2粒子作为Mg2Si初晶的形核核心有关。

Mg_2Si颗粒增强ZA40复合材料变质工艺及应用

文章分析了锌铝合金的性能优势及存在的性能不足,分析了Mg2Si颗粒增强ZA40复合材料的基本相及显微组织的组成特点,论述了Mg2Si颗粒增强ZA40复合材料的变质工艺对Mg2Si颗粒尺寸大小、分布,形状的影响规律,以及Mg2Si颗粒增强ZA40复合材料的新应用。

原位自生Mg_2Si颗粒增强ZA40基复合材料研究

选用铝—磷复合变质剂,应用重力铸造工艺制备原位自生Mg2Si颗粒增强ZA40基复合材料。利用金相显微分析方法、硬度测试法、拉伸试验法研究了原位自生Mg2Si颗粒增强ZA40基复合材料的显微组织、力学性能及断口形貌特征。结果表明,在未变质的普通铸造条件下,复合材料中初生Mg2Si颗粒形貌多呈现粗大的汉字状、四边形块状。经过铝—磷复合变质剂处理后,Mg2Si颗粒形貌变成细小颗粒状,分布也相对均匀,性能得到改善。