制动盘用SiCp/A357铝基复合材料摩擦磨损性能研究

采用搅拌铸造法制备SiCp含量分别为0 wt%、10 wt%、20 wt%、30 wt%、40 wt%的SiCp/A357铝基复合材料(SiCp/A357复合材料)。在MVF-1A摩擦磨损试验机上以45#钢为对磨材料,研究SiCp含量对SiCp/A357复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)对SiCp/A357复合材料磨损表面观察分析。结果表明:加入SiCp可细化基体晶粒,降低SiCp/A357复合材料孔隙率,相比于A357基体铝合金材料,40 wt%SiCp/A357复合材料的硬度提高了70.3%,可达155HBW。SiCp/A357复合材料的平均摩擦系数和磨损率均随SiCp含量的增加呈现先下降后上升的趋势,当SiCp含量为20 wt%时,达到最低的平均摩擦系数0.420和最低的磨损率4.15×10^(-3)g·m^(-3)。在60 N负载下,A357基体铝合金材料的磨损机制以粘着磨损为主,随着SiCp含量增加,SiCp/A357复合材料的磨损机制转变为以磨粒磨损(20 wt%SiCp/A357)与剥层磨损(40 wt%SiCp/A357)为主。

Microstructure characteristics and thermodynamic properties of A357-SiCp/A357 layered composites prepared by semi-solid vacuum stirring suction casting

A357-SiCp/A357 layered composites were prepared using a semi-solid vacuum stirring suction casting method.The microstructures,mechanical properties,and thermal conductivities of the composites fabricated under different suction casting processes were compared.Additionally,the microstructural evolution characteristics and performance enhancement mechanism of the A357-SiCp/A357 layered composites were discussed.The results demonstrate that suction casting at 610°C with a low solid phase ratio can significantly enhance the material density and reduce the agglomeration of SiCp.The A357-SiC_(p)/A357 interface is clear and straight with good bonding.With an increase in the suction casting temperature,the bending resistance and thermal conductivity of the A357-SiC_(p)/A357 layered composites exhibit a trend of significantly increase at first and then slowly decrease owing to casting defects,interface bonding,and SiCp distribution.Compared with SiCp/A357 composites,the bending strength,deflection,and thermal conductivity of the A357-SiCp/A357 layered composites increase from 257 MPa,1.07 mm,and 155.72 W·(m·K)^(-1) to 298 MPa,2.1 mm,and 169.86 W·(m·K)^(-1),respectively.This study provides a reference for improving the rheological casting of aluminum matrix layered composites.

载荷和温度对SiCp/A357复合材料摩擦磨损特性的影响

采用铸造法制备了SiCp/A357复合材料。在MVF-1A摩擦磨损试验机上研究了外加载荷和温度对SiCp/A357复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响,对磨环材料为45^(#)钢。采用SEM对铝基复合材料磨损面形貌进行了分析。结果表明:随着外加载荷的增加,复合材料的摩擦系数和磨损率呈现先降低后增加的趋势;载荷为100N时,复合材料的摩擦系数最稳定,磨损率最小。复合材料的摩擦系数和磨损率对温度变化很敏感,在115℃以下,磨损率变化较小,以磨粒磨损机制为主;当温度超过165℃时,摩擦系数波动明显,磨损面塑性变形严重,此时以粘着磨损机制为主。

铝基制动盘的材料黏度影响因素分析

基于半固态技术为基础的SiCp/A357铝基复合材料制动盘制造方法,并对半固态的SiCp/A357复合材料的表观黏度及其影响因素进行了研究。分别制备了含有10%SiCp和20%SiCp的两种SiCp/A357复合材料,并与A357合金进行了对比研究。试验结果表明,半固态的A357合金和SiCp/A357复合材料的表观黏度均随半固态浆料中固相成分占比的增大而增大,随着剪切率的增大而降低,增加SiCp可以优化合金中的主要成分-Al,进而细化晶粒。基于研究成果,通过精确控制浆料黏度,可以获取SiC颗粒分布相对均匀的SiCp/A357铝基复合材料组织。

双级机械搅拌铸造SiC_p/A357复合材料的工艺及性能

以A357铝合金和SiC_p粉作为原料,采用双级搅拌桨在不同工艺参数下对SiC_p含量为20%的A357复合材料进行搅拌铸造,研究了不同工艺参数对SiC_p分布均匀性的影响。对制得的SiC_p/A357复合材料进行T6热处理,采用扫描电镜、硬度测试及拉伸试验,分析了热处理前后组织和力学性能的变化。结果表明,采用双级搅拌桨在搅拌温度为610℃,搅拌转速为800 r/min,搅拌时间为20 min下制备的复合材料中SiC_p分布均匀性最佳。经T6热处理后,复合材料的抗拉强度和硬度明显上升,抗拉强度达到345 MPa,硬度(HB)为123.3,相比铸态分别提高66%和48.6%。断口分析表明,SiC_p/A357复合材料的断裂机制为界面脱粘、Si C颗粒的断裂和基体合金的韧性断裂的混合机制。

SiC_p/A357复合材料流动性数值模拟与实验研究

搅拌铸造方法易于成型大尺寸复杂的复合材料零件,但是碳化硅颗粒加入使得复合材料的流动行为变得更加复杂,开展复合材料流动性研究至关重要。建立了SiC_p/A357复合材料的流动模型,采用数值模拟及实验研究相结合的方法,研究了浇注温度及碳化硅体积分数对SiC_p/A357复合材料流动性及流动充型过程碳化硅分布的影响。结果表明,随着浇注温度的提高SiC_p/A357复合材料的流动性提高,这一趋势在半固态区间更为明显;但是随着浇注温度的升高,试样前端的碳化硅体积分数较末端减少加剧,复合材料中碳化硅的整体分布均匀性降低;随着碳化硅体积分数的增加,SiC_p/A357复合材料的流动性降低,且随着碳化硅体积分数的增加,试样前端碳化硅的体积分数减少程度减弱,整体的均匀性提高。上述的模拟结果与实验结果具有较好的一致性。