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SiC-Al3Ti协同增强7075铝基复合材料搅拌工艺优化研究
发布日期:2018-11-29  来源:铸造技术   浏览次数:79
核心提示:文章已经通过《铸造技术》评审!
摘 要:采用液态搅拌铸造法制备SiC-Al3Ti协同增强7075铝基复合材料。利用OM、XRD、SEM、直读光谱仪和布什硬度计,通过正交试验分析了搅拌温度、搅拌速度和搅拌时间三个因素对复合材料中SiC、Al3Ti的分布、收得率及复合材料硬度大小的影响。获得最佳搅拌工艺参数:搅拌温度800ºC,搅拌速度450r/min、搅拌时间20 min。

关键词 铝基复合材料;液态搅拌;7075铝合金;正交实验

Optimization of Stirring Process of SiC-Al3Ti Synergistically Enhanced 7075 Aluminum Matrix Composites

Abstract:The SiC-Al3Ti co-enhanced 7075 aluminum matrix composites were prepared by liquid stirring casting method. Using OM, XRD,SEM,direct reading spectrometer and Bush hardness tester, the effects of stirring temperature, stirring speed and stirring time on the distribution and yielding rate of SiC and Al3Ti and the hardness of composites were analyzed by orthogonal test. The optimum preparing parameters were obtained: stirring temperature 800ºC, stirring speed 450 r/min, stirring time 20 min.

Key words:aluminum matrix composites,liquid stirring,7075 aluminum alloy,orthogonal experiment

7075铝合金作为高强度铝合金之一,具有高的比强度和抗应力-断裂等综合性能,广泛应用于航空、航天、船舶等工业[1-2]。采用SiC等增强颗粒的复合材料保持了各种增强材料的优点,同时改善了基体合金的性能,提高了材料的实用性,已成为材料科学研究的重要领域[3-4]。在过去十几年,由于搅拌铸造法具有设备简单、操作容易、成本低廉、对颗粒种类及尺寸适应范围广、工艺流程短、可用于规模化生产等优点,成为了制备颗粒增强铝基复合材料最有效的方法之一[5-6]。
搅拌铸造法又分为液态搅拌铸造法和半固态搅拌铸造法。半固态搅拌技术是金属处于半固态的情况下加入颗粒,导致颗粒很难均匀的分布到金属中,且团聚现象严重[7]。液态搅拌铸造法是金属在完全液态的条件下加入颗粒,在搅拌的过程中可以很好的将SiC颗粒均匀的分布在液态金属中[8]。提高搅拌温度、搅拌速度及延长搅拌时间,对快速制备复合材料有利,但可能会导致SiC和基体发生有害的界面反应;搅拌速度过低及搅拌时间不足,不利于SiC颗粒均匀分散于基体合金中[9-10]。因此,有必要对液态搅拌铸造法制备铝基复合材料工艺进行优化。
液态搅拌铸造法制备铝基复合材料的影响因素较多,正交试验是研究多因素实验的有效工具。本文采用不同的搅拌温度、搅拌速度和搅拌时间制备SiC-Al3Ti /7075复合材料,并
作者简介:陈诚诚(1990-),陕西铜川人,硕士生,主要研究方向:高性能铝合金及其复合材料;
通讯作者:张文达(1976-),河南信阳人,副教授,主要研究方向:高性能铝合金及其复合材料;
研究搅拌参数对SiC和Al3Ti颗粒在7075合金中的分布及硬度大小的影响,获得最佳的搅拌工艺参数,从而为复合材料的实际应用提供借鉴。
1 试验材料与方法
1.1 增强体复合粉末预制块制备
试验用Al粉(平均粒径500μm),SiC粉(平均粒径800nm),Ti粉(平均粒径500μm),按质量比5:4:3配制复合粉末,采用行星式球磨机(QM-3SP4)进行机械混合,球磨转速230rpm,球磨时间8h,然后用压片机(压力1MPa)压成ϕ10mm×12mm的圆柱体。
1.2 复合材料制备
本实验采用液态搅拌法制备复合材料,7075合金作为基体合金,主要化学成分(wt.%)为5.81Zn、1.63Cu、2.3Mg、0.261Fe、0.273Si、0.0052Ti,余量Al。选取搅拌温度、搅拌速度和搅拌时间作为正交试验的主要考察因素,选用[L9(34)]正交表设计正交实验,以SiC收得率、Al3Ti收得率和复合材料硬度为考察因素,收得率为(实际含量-基体合金含量)/理论含量。正交试验因素水平表见表1。7075合金采用高频感应电炉(15kw)和高纯石墨坩埚熔化,采用自制搅拌装置按实验方案将相同质量的9组预制块(每组预制块加入量24g)分别加入到给定实验条件下的7075(500g)合金熔体中,保温5min后采用六氯乙烷进行精炼,静置10min后浇铸到预热250℃的金属型模具中(铸型尺寸为4×9×13cm的长方体)。
 
 
 
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