论文部分内容阅读
Al-Si系合金具有优良的铸造性能，经过变质和热处理后，具有优良的力学性能和加工性能，是制造发动机汽缸套的理想材料。在本课题组前期的研究过程中，采用离心铸造法陆续开发出SiC、初晶Si颗粒单独增强，或初晶Si与Mg2Si颗粒混合增强的筒状毛坯铸件用于汽缸套的研制，但存在的问题是，Si、Mg2Si颗粒的密度较小（ρSi=2.33g/cm~3，ρMg2Si=1.88g/cm~3，ρAl=2.4~2.7g/cm~3），在离心场中往往与夹渣、气孔向相同方向偏聚，致使增强层常常存在气孔，氧化物夹渣等铸造缺陷，极大的影响了铸件的性能。而TiAlSi金属间化合物具有密度大（ρTiAlSi≈3.1g/cm~3）、硬度高、耐磨性、高温稳定性好的优点，为此可以将Ti加入Al-Si合金中，既保证了合金良好的铸造性能，又充分发挥了合金中生成的TiAlSi相的优点，然后通过离心铸造法，使其发生偏移，从而形成外层含有高体积分数TiAlSi相增强层的梯度复合材料筒状铸件。然后，将铸件内层含有低密度的气孔，夹渣等铸造缺陷的部分车削去除，得到只含TiAlSi相的增强层的筒状铸件，有望开创铝合金气缸套新的制备方法。本文采用离心铸造法，分别制备了成分为Al-12Si-7Ti和Al-16Si-7Ti的自生TiAlSi颗粒外层增强铝基复合材料筒状件。其中，Al-12Si-7Ti材料筒状件由外、内两层构成，外层为TiAlSi颗粒偏聚区，内层为无颗粒的TiAlSi共晶基体区。Al-16Si-7Ti材料筒状件呈现外、中、内三层，外层中偏聚有大量的TiAlSi颗粒和少量的初晶Si颗粒，中间层为Al-Si共晶组织，内层偏聚有大量的初晶Si，三层的基体组织均为Al-Si共晶组织。组织观察表明，TiAlSi颗粒偏聚区组织致密，无气孔，夹渣等铸造缺陷。硬度和耐磨性测试结果显示，TiAlSi偏聚区的性能要优于无颗粒偏聚的基体层。针对TiAlSi颗粒的偏聚效果，本文研究了模具温度、浇注温度和铸件壁厚对其的影响。分析了铸件中气孔的形成与控制，结果表明：气孔为针状氢气孔，通过控制工艺参数可以将其去除。初步得到离心铸造TiAlSi颗粒局部增强铝基复合材料筒状件的合理工艺参数为：浇注温度900℃、模具预热温度280℃、离心转速3000rpm、铸件壁厚约13.3mm。Al-16Si-7Ti材料筒状件经过570±5℃×4.5h的固溶和175±5℃×8h的时效处理，TiAlSi颗粒的形貌基本没有变化；初晶Si颗粒变得圆润；原先树枝状的Al-Si共晶组织呈点状弥散分布于基体之上。硬度测试表明，时效态的硬度值最高，铸态的最低；热处理对基体区的影响比TiAlSi颗粒偏聚区的影响明显。