Al基复合材料制备、组织及其性能特征的研究

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Al-硬金属、Al-陶瓷具有质量低、比强度高、耐高温好、热膨胀系数小、耐磨性能好等一系列性能,是一类很有应用前景的新型复合材料。本文采用“冷压烧结+热挤压”的粉末冶金方法制备出Al-Ti、Al-Fe、Al-SiCp(130nm)、Al-SiCp(14μm)复合材料,研究了显微组织、致密度、硬度、抗拉行为以及耐磨行为,取得了一些创新成果。结果表明: (1)与Al相比,Al-10Ti复合材料的孔隙率较高,抗拉强度和伸长率较低,硬度和耐磨性较高;Al-10Ti复合材料的耐磨性能分别是QSn6.5-0.4的14.9倍,其磨损表面呈Al基体+Ti颗粒+孔隙的耐磨组织。 (2)随着Fe含量增加,Al-Fe复合材料的孔隙率增高,抗拉强度先升后降,伸长率下降,硬度和耐磨性增高,对偶件的减摩性能下降;Al-10Fe和Al-20Fe的耐磨性能分别为QSn6.5-0.4和13.2和23.0倍;Al-Fe复合材料磨损表面呈Al基体+Fe颗粒+孔隙的耐磨组织。 (3)随着SiCp(130nm)含量增加,Al-SiCp(130nm)复合材料的致密性降低,伸长率及抗拉强度下降,硬度和耐磨性增高;Al-1.5SiCp(130nm)、Al-5SiCp(130nm)耐磨性能分别是Al的0.78~1.10倍和0.92~3.66倍。 (4)随着SiCp(14μm)含量增加,Al-SiCp(14μm)复合材料的致密性降低,伸长率及抗拉强度下降,硬度和耐磨性增高;Al-1.5SiCp(14μm)、Al-5SiCp(14μm)耐磨性能分别是Al的1.05~14.3倍和3.03~55.2倍。其耐磨机理是磨损表面和亚表面在摩擦推挤形变的作用下形成了Al基体+尺寸适中、近球状、分布弥散SiCp的理想耐磨组织。 (5)Al-SiCp(130nm)、Al-SiCp(14μm)复合材料具有良好的塑性,拉伸伸长率随着SiCp尺寸和含量的增高而降低,在SiCp含量为1.5~5vo1%时,其值约为33.4%~17.2%,满足冷轧等后续二次加工提高材料强度的要求。 (6)采用有限元(FEA)分析软件ANSYS对Al的挤压过程进行ECAP仿真与分析,为后续研究工作做好铺垫,分析结果表明:外切角Φ、圆角半径、试样与凹模之间的摩擦系数、凹模本身的特性(如弹性模量、泊松比等)等等,对材料的变形量都由不同程度的影响。
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