本文關(guān)鍵詞：局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料擠壓鑄造一體化成形技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

壓力鑄造特種鑄造及有色合金　2010年第30卷第3期

局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料擠壓鑄造一體化成形技術(shù)

程遠(yuǎn)勝1　張艷英2　杜之明1

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院;2.哈爾濱師范大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院)

摘　要　在分析了各種傳統(tǒng)金屬基復(fù)合材料制備方法的基礎(chǔ)上,提出了金屬基復(fù)合材料壓力下浸滲2擠壓鑄造致密法制備新工藝。利用該工藝制備出Al2O3sf?SiCp/鋁基復(fù)合材料,同時(shí)以負(fù)重輪為典型制件,利用這項(xiàng)新工藝實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料耐磨圈與本體擠壓鑄造的一體化成形。對(duì)制件觀察和性能測試表明,該工藝制備的復(fù)合材料界面結(jié)合良好、組織致密、性能優(yōu)異。

關(guān)鍵詞　局部增強(qiáng);金屬基復(fù)合材料;擠壓鑄造;一體化成形中圖分類號(hào)　TB331;TG249.2　　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼　A　文章編號(hào)　1001-2249(2010)03-0231-03

DOI:10.3870/tzzz.2010.03.012

　　隨著對(duì)金屬基復(fù)合材料研究的不斷深入,基于各種不同增強(qiáng)材料、基體合金和材料的應(yīng)用背景,發(fā)展了多種多樣的金屬基復(fù)合材料的制備與成形方法,例如噴射共沉積法,粉末法,擴(kuò)散連接,自浸滲法,原位反應(yīng)法[14～17],提出了壓力下浸滲2擠壓鑄造法制備混雜增強(qiáng)Al2O3sf?SiCp/鋁基復(fù)合材料,這是在壓力下液態(tài)浸滲基礎(chǔ)上提出的一種新的復(fù)合材料制備方法,旨在對(duì)液態(tài)浸滲后的復(fù)合材料繼續(xù)施加大的壓力,提高復(fù)合材料的致密度,從而改善其組織和力學(xué)性能。

目前我國國防裝備的某些零部件廣泛采用鋁合金制件,如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞,裝甲車輛的負(fù)重輪、履帶板等制件,這些零部件不僅需要良好的綜合力學(xué)性能,而且需要局部具有良好的耐磨性。采用鍛造鋁合金、超硬鋁合金能夠保證這些制件的力學(xué)性能,但不能滿足其局部耐磨性能要求。以負(fù)重輪為例,目前解決的措施是采用擠壓鑄造與局部鋼圈鑲嵌來解決,由于鋼與鋁之間熱膨脹系數(shù)相差較大,在隨后的熱處理強(qiáng)化過程中,兩者間出現(xiàn)分離現(xiàn)象。本課題在研究前面工藝方法的基礎(chǔ)上,提出了負(fù)重輪復(fù)合材料制備2擠壓鑄造一體化成形技術(shù)。該技術(shù)能夠克服上述工藝方法的缺點(diǎn),而且能夠提高成形制件的力學(xué)性能及生產(chǎn)效率。

[1～6]

[7～9]

[10～1.2　局部增強(qiáng)體制備試驗(yàn)

1.1　2O3sfp,直接決定浸滲能否順利完成和復(fù)合材料的性能。首先根據(jù)增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)和混雜比例確定SiCp和Al2O3sf的質(zhì)量;配置混合溶液;把配置好的混合溶液倒入容器,加入Al2O3sf纖維,充分?jǐn)嚢?將其倒入模具中滲水,再用壓頭加壓,達(dá)到預(yù)定尺寸;干燥,定型。最后對(duì)預(yù)制體進(jìn)行燒結(jié),從而制備所需預(yù)制體。1.2.2　試驗(yàn)裝置

復(fù)合材料擠壓鑄造的試驗(yàn)裝置見圖1,該裝置的主要特點(diǎn)是可由調(diào)壓彈簧調(diào)整壓力,彈簧根據(jù)所需浸滲壓力選取。在液態(tài)浸滲階段浸滲壓力隨行程線性增加,當(dāng)浸滲完成時(shí),彈簧力達(dá)到所需浸滲壓力最大值。彈簧的作用:①保證浸滲壓力和浸滲速度的匹配;②避免加壓速度過快造成浸滲過程的紊流和壓力過大使預(yù)制體變形。浸滲階段結(jié)束時(shí),內(nèi)、外沖頭合成一體,繼續(xù)施壓完成擠壓鑄造

。

1　試驗(yàn)材料與試驗(yàn)

1.1　試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用材料為2A14。增強(qiáng)顆粒為SiC,尺寸分別為4、7、14μm,增強(qiáng)纖維為多晶氧化鋁短纖維。

圖1　復(fù)合材料制備試驗(yàn)裝置

1.上模板　2.外沖頭　3.調(diào)壓彈簧　4.內(nèi)沖頭　5.凹�！�6.模套　7.頂桿　8.預(yù)制體　9.鋁液　10.加熱電阻絲

收稿日期:2009206209;修改稿收到日期:2009210220

第一作者簡介:程遠(yuǎn)勝,男,1978年出生,博士,講師,哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院435號(hào)信箱,哈爾濱(150001),電話:13633603922,E-mail:

dasheng21cn@hit.edu.cn

231

特種鑄造及有色合金　2010年第30卷第3期

1.2.3　預(yù)制體液態(tài)浸滲———擠壓鑄造試驗(yàn)過程

試驗(yàn)是在2000kN液壓機(jī)上進(jìn)行的,將

Al2O3sf?SiCp顆粒和纖維混雜預(yù)制體置于金屬型腔中,并隨模具預(yù)熱到250～450℃。然后,在預(yù)制體上方澆入液態(tài)金屬,借助沖頭的下行,對(duì)液態(tài)金屬施加壓力,液態(tài)金屬在壓力下滲入預(yù)制體中,繼續(xù)加大壓力完成致密。圖2為Al2O3sf?SiCp/Al液態(tài)浸滲———擠壓鑄造致密件照片

。

能夠看到很薄的反應(yīng)層,應(yīng)是鎂鋁尖晶石MgAl2O4,但由于反應(yīng)層太薄,無法進(jìn)行能譜分析

。

(a)SiCp/Al的界面(b)Al2O3sf/Al的界面

4　Al2O3sfp/復(fù)合材料的界面

圖2　Al2O3sf?SiCp/2　圖3是Al2O3sf?p/鋁基復(fù)合材料金相組織照片。從圖3可以看出,基體組織致密,無任何顯微孔洞

和其他鑄造缺陷,SiCp和Al2O3sf分布均勻,不存在纖維間的搭橋呈束和顆粒堆積現(xiàn)象,且纖維和顆粒呈三維隨機(jī)分布。SiCp顆粒將Al2O3sf纖維有效的隔開,防止了纖維的粘結(jié)

。

,4,2擠壓鑄造致密制件比,且有更好的力學(xué)性能。

表4　壓力下液態(tài)浸滲2擠壓鑄造制備復(fù)合材料

的密度和室溫力學(xué)性能

材料

Al2O3sf?SiCp/

密度/浸滲壓力/擠壓鑄造熱處理抗拉強(qiáng)度/伸長率/

-3

MPa壓力/MPa方式(g?cm)MPa%

4.54.5

070

T6T6

2.778592.83725

475510

2.94.1

鋁基復(fù)合材料

3　負(fù)重輪復(fù)合材料強(qiáng)耐磨圈與本體擠壓

鑄造一體化成形

　　為了減少負(fù)重輪摩擦磨損情況,常規(guī)成形工藝中局部耐磨材料是采用Cr38Si鋼圈,鋼圈上開有鑲嵌槽。在擠壓鑄造前,先將鋼圈置入模具中,然后注入液態(tài)鋁合金,進(jìn)行擠壓鑄造,鋁合金負(fù)重輪本體與耐磨鋼圈依靠兩者的鑲嵌機(jī)械結(jié)合,在成形后,兩者結(jié)合狀況還較良好。但經(jīng)過固溶和時(shí)效后,由于鋁合金與鋼之間較大的熱膨脹系數(shù)差,兩者間的結(jié)合受到破壞,有12%不能使用,大大降低了成品率[18]。為此,耐磨圈采用混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,并采用與負(fù)重輪本體復(fù)合成形的液態(tài)浸滲-直接擠壓鑄造一體化成形技術(shù)。

(1)耐磨圈制備分兩步:第一步,制作增強(qiáng)預(yù)制體,使Al2O3sf?SiCp呈均勻分布。第二步,液態(tài)金屬滲入,這一步與本體擠壓鑄造復(fù)合工藝同步進(jìn)行。

(2)復(fù)合材料圈與負(fù)重輪本體復(fù)合擠壓鑄造,復(fù)合模具見圖5。把預(yù)制體預(yù)熱至680～700℃,置于模具內(nèi),模具預(yù)熱溫度為260～300℃。先將溫度為780～800℃的鋁液澆入預(yù)制體上,使其滲入,而后把740℃的

圖3　Al2O3sf?SiCp/鋁基復(fù)合材料的微觀組織

Al2O3sf?SiCp/鋁基復(fù)合材料的界面見圖4。圖4a

是通過TEM觀察到的SiCp和Al基體形成的界面形

貌,可見界面較為干凈、平直,無析出相,幾乎觀察不到化學(xué)反應(yīng)物。制備的Al2O3sf?SiCp/鋁基復(fù)合材料是采用液態(tài)浸滲2擠壓鑄造致密法,由于冷卻速度快,反應(yīng)時(shí)間短,正常情況下保溫時(shí)間小于1min。另外,增強(qiáng)預(yù)制體經(jīng)過高溫預(yù)處理,SiCp表面氧化生成SiO2,在制備過程中避免了SiCp和Al的直接接觸。因此,在SiCp同Al基體的界面上見不到Al4C3。即使在材料制備后的一段冷卻過程中,有一定量的Al4C3生成,在界面上也是輕微反應(yīng),有利于界面結(jié)合。圖4b是通過TEM觀察到的Al2O3sf和Al基體形成的界面形貌�？梢钥吹紸l2O3sf和Al的界面亦是比較干凈、平直,在界面上

鋁液再注入模具中。上凸模下行施壓,封閉模具,進(jìn)行復(fù)合材料環(huán)與本體復(fù)合。在復(fù)合成形過程中,負(fù)重輪本

232

局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料擠壓鑄造一體化成形技術(shù)　程遠(yuǎn)勝　等

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圖5　負(fù)重輪模具圖

1.內(nèi)凸�！�2.外凸模

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體在凸模施壓下擠壓鑄造成形。圖6為負(fù)重輪擠壓鑄造一體化成形合格制件

。

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[],,,等.AlSi10Cu2Mg合金的半固態(tài)觸變成形

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圖6　一體化成形生產(chǎn)的Al2O3sf?SiCp/鋁基復(fù)合材料耐磨

圈鋁合金負(fù)重輪

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4　結(jié)論

(1)擠壓鑄造致密法制備的Al2O3sf?SiCp/鋁基復(fù)

形行為[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2003.

(編輯:袁振國)

合材料,增強(qiáng)體分布均勻,Al2O3sf纖維沒有明顯的方向

性,基體致密,無顯微孔洞;具有良好的界面結(jié)合,SiCp和Al的界面沒有發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定相Al4C3的生成。

(2)利用復(fù)合材料液態(tài)浸滲2擠壓鑄造工藝實(shí)現(xiàn)了負(fù)重輪復(fù)合材料耐磨圈與本體一體化成形。該工藝方法制備的復(fù)合材料較壓力下液態(tài)浸滲法制備的復(fù)合材料更加致密且力學(xué)性能更加優(yōu)良。

(3)該制備方法生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低,既可制備整體復(fù)合材料又可和常規(guī)的擠壓鑄造工藝、壓鑄工藝結(jié)合制備局部增強(qiáng)復(fù)合材料。

參　考　文　獻(xiàn)

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1996,13(11):24265.

國家給予中航重機(jī)精密鑄件項(xiàng)目資金支持

近日,中航重機(jī)股份有限公司收到國家發(fā)改

委、工信部的聯(lián)合通知,根據(jù)2009年中央投資安排方案,為支持重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興和技術(shù)改造,公司下屬中航力源液壓股份有限公司高強(qiáng)度精密液壓鑄件建設(shè)項(xiàng)目被列為重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)振興和技術(shù)改造2009年新增中央預(yù)算內(nèi)投資項(xiàng)目之一,國家將給予該項(xiàng)目中央預(yù)算內(nèi)資金支持。項(xiàng)目總投資2.34億元。

中航重機(jī)目前正按要求抓緊做好工程建設(shè)的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,加快工程建設(shè)進(jìn)度,確保工程質(zhì)量和安全。

該項(xiàng)目利用公司在航空液壓件方面研發(fā)的生產(chǎn)技術(shù),延伸產(chǎn)業(yè)鏈,新增2條造型生產(chǎn)線、自動(dòng)澆注生產(chǎn)線和相應(yīng)配套設(shè)備。項(xiàng)目投資中,建設(shè)投資1.91億元,鋪底資金4356萬元。資金來源由3部分組成,其中:中央預(yù)算內(nèi)投資972萬元,銀行貸款9000萬元,企業(yè)自籌1.35億元。該項(xiàng)目建成后將成為國內(nèi)液壓鑄件的最大生產(chǎn)研發(fā)基地。

(摘自《FSC網(wǎng)》)

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servedwith11%self2inoculatoradditionafterthemeltisprocessedbySIMat650℃.

KeyWords:Semi2solidState,Self2inoculation,SlurryPreparation,AM60Alloy

LiquidForgingIntegralFormingTechnologyforAlumi2numMatrixCompositeswithLocalReinforcementChengYuansheng1,ZhangYanying2,DuZhiming1(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,Har2binInstituteofTechnology,Harbin,China;2.SchoolofMathematicalScience,HarbinUniversityofNor2mal,Harbin,China)2010,30(3)0231～0233

AbstractAnewtechnologyformetalmatrixcompos2ites———liquidinfiltration2forgingdensificationunderpressurewasproposedbasedontheanalysisofsometraditionalmethods.AndtheAl2O3f?SiCp/Alcom2positeswerepreparedbythemethods.MicroructandperformancetestingtofthecompositeshcompactstructureandThetypi2calparts———loadingwheelwasproducedbythemeth2od,realizingtheliquidforgingintegralformingbe2tweenwear2resistantcompositesringandmainbody.KeyWords:LocalReinforcement,MetalMatrixCom2posites,LiquidForging,IntegralForming

ProductionofMotorcycleBrakeClampBodybySquee2zingCastingLuoJixiang1,HanMingxing1,HuangYingbin2,ChenYun1,LuoGuojian1(1.SchoolofLo2gisticEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan,China;2.ZhejiangYuhuanKailingGroupCo.,Ltd.,Yuhuan,China)2010,30(3)0234～0237AbstractAimingatstructuralfeaturesofmotorcyclebrakeclampbody,basedon2DmodeldesignedbytheAutoCAD,visualizationofthemodelwasdevelopedwiththehelpof3D2MAXsoftwareonestablished3DmodelplatformbyPro/Esoftware,andflowfieldandtemperaturefieldinthepartsduringfillingprocessweresimulatedbytheJSCastsoftware.Thesimulatedresultsarewellinagreementwiththeexperimentalones,sopotentialdefectsandtheirpositioninthepartswerepredictedbythemodel,andprocessingde2signwasexaminedbytheJSCastsoftwarewiththecompletionofoptimizeddesign.Solidificationprocesswasobviouslyimprovedasaresultofuniformdistri2butionoftemperaturefieldinwallthicknessbysettingcoreatthickpositionoftheparts,eliminatingthehotspotinthickpositionandimprovingthequalityoftheparts.

KeyWords:SqueezingCasting,Filling,Solidification,Visualization,NumericalSimulation

FactorsInfluencingServiceLifeofInjectionPunchHeadsandItsExperimentAnZhaoyong1,WanLi1,2,HuangZhiyuan1,ChenLiang1,LiaoWeiping1,ZhangXiaoshui1(1.GuangdongHongtuTechnologyCo.,Ltd.,Gaoyao,China;2.StateKeyLaboratoryofMaterialsProcessingandDie&MoldTechnology,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wu2han,China)2010,30(3)0238～0240

AbstractInjectionpunchheadsasakeyassistantpartindiecastingmachine,itsservicelifdirectlyaffectedthemanufacturingefficiencyandcost.Anewinter2mittentmetresentedfortheinjectionpEffectsoftoleranceandoftheinjectionpunchheadsTheresultsrevealthatservicelifeoftheheadsiscloselyrelatedtothetoleranceandcoolingtime.Thepunchheadsexhibitsalongerservicelifewithtoleranceat0.08～0.16mm.Furthermore,serv2icelifeoftheHT200punchheadscanreachupto1600timesundertheoptimizedtoleranceof0.08～0.16mmandcoolingtimeof35s.

KeyWords:DieCasting,InjectionPunchHeads,Serv2iceLife,CoolingWater,Tolerance

ProductionofMagnesiumAlloyShockAbsorptionTowerbyVacuumDieCastingLinLing,ZengXiaoqin,DingWenjiang(NationalEngineeringResearchCenterofLightAlloyNetForming,StateKeyLaboratoryofMetalMatrixComposites,ShanghaiJiaotongUniver2sity,Shanghai,China)2010,30(3)0240～0243

AbstractMicrostructureandmechanicalpropertiesofAZ91DshockabsorptiontowerandAM60shockab2sorptiontowerproducedbyvacuumdiecastingwereanalyzedcomparatively,andeffectsofheattreatmentwereexamined.MicrostructuresofbothAZ91DandAM60magnesiumalloypartsarecomposedofα2Mgmatrixandβ2Mg17Al12phase,inwhichβ2Mg17Al12phasedisappearsaftersolidsolutionanditisprecipita2tedasdiscontinuousphaseafteragingtreatment.Al2thoughbothAZ91DandAM60alloypartscanbestrengthenedbyheattreatment,strengtheningeffectonAZ91DalloypartsaresuperiortothatonAM60al2loyparts.Inaddition,gasholeinthepartscanbeef2fectivelyeliminated,however,shrinkagedefectscannotcompletelyeliminatedbyvacuumdiecasting.Me2chanicalpropertiesofthevacuumdiecastingpartscan

Ⅳ

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