好文档就是一把金锄头!
欢迎来到金锄头文库![会员中心]
电子文档交易市场
安卓APP | ios版本
电子文档交易市场
安卓APP | ios版本

离心铸造复合材料的研究与发展.doc

7页
  • 卖家[上传人]:ss****gk
  • 文档编号:235050554
  • 上传时间:2022-01-05
  • 文档格式:DOC
  • 文档大小:143.50KB
  • / 7 举报 版权申诉 马上下载
  • 文本预览
  • 下载提示
  • 常见问题
    • 离心铸造复合材料的研究与发展/王渠东丁文江金俊泽离心铸造复合材料的研究与发展Research and Development of Centrifugally Cast Composites 王渠东丁文江 金俊泽 (上海交通人学材料学院,上海200030) (大连理工大学,大连116024)摘要综述了离心铸造复合材料的发展概况和研究现状,提出了铸造人工复合材料和铸造 自生复合材料分类的新观点,指出了离心铸造复合材料研究中存在的问题关键词金属基复合材料离心铸造梯度复合材料表面复合材料1=1生夏合材料Abstract The research progress and current situation of centrifugally cast compositesare systematically reviewed. The new concept on the classification of cast artificial composites and cast in situ composites is suggested. The existing problems in the study of centr)fugally cast composites are presented.Key words metal matrix composite, centrifugal casting, gradient composite, surface composite,in situ composite金属基复合材料的制备技术大体上可分为三 类川:第一类为扩散法,包括粉末冶金法和扩散粘接 法;第二类为沉积法,包括电沉积、等离了喷涂和真 空沉积等;第三类为铸造法。

      铸造法制备金属基复合 材料技术,因其具有所得复合材料性能好、制取T艺 简单、成木低、复合速度快、适于整体复合和局部复 合、可以用于各种增强相与备类基体复合生产备种 形状铸件等优点,因此,它已经成为近年来被广泛研 究而迅速发展的一种最具开发应用价值的金属基复 合材料制备技术tZl离心铸造是制备金属基复合材料的一种重要方 法困,通常,它可以分为离心偏聚法和离心渗铸法 离心偏聚法的工艺过稈是,将增强相加入金属液中, 依靠增强相与金属液之间的密度差,在离心力作用 下,使增强相偏聚于管件的外表层或内表层;离心渗 铸法是先在铸型内形成增强相的预成世,然后浇注 金属液,在离心力作用下,使金屈液渗入预成型的间 隙中,凝固后得到外表层为增强相增强的表面复合 材料另一方面,针对用上述方法制备人工复合材料 时,由于存在T艺过程仍较复杂、增强相与基体Z间 存在浸润性、相容性及化学反应方曲的界面问题等, 近年来,离心铸造自生复合材料技术得以诞生和发 展离心铸造自生复合材料技术的基木原理是,将凝 固过程中的析出初生相作为增强相,利用初生相与 金局液2间的密度羌,在一淀的凝固条件和离心力 场作用下,使初生相外沉或内浮,得到自生表瓯复合 材料或自生梯度复合材料。

      下面,就离心铸造复合材料的国内外研究情况作一综合评述离心铸造人工复合材料1.1离心偏聚法1976年,B. P. Krisnan等L・i_|首先将涂覆CI、的石墨粒了采用搅拌法加入铝合金液,然示将混合金 属液浇入垂岚离心铸造机的水玻璃砂型中,获得了 内表层富集石墨粒子、外表层不含石墨粒子的复合 材料管件,并考察了浇注温度、石墨粒了尺寸和合金 成分等工艺参数对石墨颗粒分布的影响张震寰 等[C51采用相同的工艺,将涂覆或不涂覆C),的石墨 粒子加入ZL201合金液中,离心铸造也获得了由富 集石墨的内层与不含石墨的外层构成的双层结构铸 件,并注意到铸熨的冷却条件对石墨的分布有较大 影响Nath等C61将云母粒了加入Al・:l OoCu-l.S Mg合金液中,离心铸造获得了内层富集云母粒了、 外层不含云母粒了的复合管件,采用此方法,获得了 用重力铸造难以获得的云母含量高的表血复合材 料,他们还讨论了浇注温度和颗粒尺寸对云母粒了 分布的影响,认为云母粒了偏聚的主要原因是云母 与金属液之间的密度并,而非云母粒了受到凝固界 面排斥的结果1.2离心渗铸法杉下润二等[L7.S」将未涂覆的石墨和碳粒子加入 铸型兼增祸的容器中,金属液熔化之后,用离心渗铸・62・ 材料导报1998年12月第12卷第6期的方法获得了石墨和碳粒于分布于铝合金和巴氏合 金中的表瓯复合材料,并对表瓯复合层的I耐磨性、冲 击韧性、摩擦系数、硬度等作了分析。

      他们认为,根据 增强用颗粒的性状,适当地选择铸造温度及重力加 速度,即使用与金属液润湿性较差的一些增强颗粒, 采用离心铸造方法也可以获得界血扩散层较均匀的 表面复合材料采用完全相同的方法,还获得了石墨 和碳粒了与氮化硅、氧化铝、碳化硅等陶瓷粒了同时 复合在Al-11 %Si合金中的表面复合材料['此外, 按照相同的丁•艺,离心铸造获得了球墨铸铁纤维分 布于2024铝合金中的表面复合材料,并且发现,球 墨铸铁纤维与铝基体2河反应生成FeAl和FeAl, 化合物,尽管此类化合物降低表面复合材料的抗弯 强度,但却通过减小耐磨面之问的粘着而提高了表 面复合材料的耐磨性[LI 1JY. Tsunekawa等Liz.la」将8・AI,O纤维做成预 成型麻置入垂育-离心机的金屈型中,预热麻浇注 AI-4.2 o aCtl-O. 5 OoMg金属液或浇注金属液之.后仍 继续保温以延长金属液处于液态的时间,使金属液 更充分地渗入预成型中,结果获得了外表层为 A110,增强的金屈基表瓯复合材料王玉玮等Lla.lsJ在高速旋转的离心机铸型中,靠 离心力将sic粒子均匀分布于型壁,形成具有一定 厚度和紧实率的预成型套,然后浇注铁水,使铁水在 离心力作用下渗入sic颗粒的问隙中,凝固后得到 了外表层为sic粒了增强的铸铁基表面复合材料。

      研究表明,复合层厚度由铁水的浇注温度、离心力大 小、粒了的预热温度和铸型的预热温度等工艺参数 决定张景辉等Lis」采用lq砂金属型工艺,在覆砂金 属型管模内,撒入一定量的碳化钩粒子,然后浇注球 铁铁水,为增加复合层厚度,浇注铁水后还可以撒入 一定量的碳化钩粒了,靠离心力作用将其沉积于铸 件外表面,离心铸造获得了球铁基表面复合碳化餌 粒了的轧辘为加强表面层内基体的抗磨能力,可在 第一次撒入碳化钩粒子时撒入骼铁粉,进行表血合 金化,使复合层基体由球铁变为含锯H口铸铁然而,上述研究基木上都是探讨各种离心铸造 制备表面复合材料的工艺技术和所得复合材料的性 能,缺乏对离心铸造制备表面复合材料的形成机理 和增强相的分布规律从理沦上的深入分析 L. Lajoye和M. Suery从理论上分析了离心铸造混 合了颗粒的金属液时,颗粒的分布L”J他们从传热 学方程出发,求解离心铸造制备复合材料时的凝同 速度,由牛顿第二定律,求解颗粒的运动位置,然后 假定:①颗粒在液相线前沿停止运动,在糊状区不运 动;②颗粒不被凝固界面排斥,对颗粒的分布进行了 数值计算他们将各种工艺参数分为两类,第一类为 影响凝固速度的丁艺参数,包括浇注温度、铸件铸型 的界血传热系数和金属模温度;第二类为影响颗粒 运动速度的工艺参数,包括颗粒与金属液Z间的密 度旁、颗粒尺寸、离心力大小和浇注时间。

      并且,用 SiC/Al-Si合金离心铸造复合材料时Sic分布的实 验结果对理沦分析作了验证认为可以用计算的结 果优化工艺参数,以获得具有合适增强区厚度和分 布的铸件最近,C. K. Kang等」8)同时考虑了离心 铸造含AI,O,,Sic、石墨颗粒的铝基、铜基复合材料 时的颗粒运动和温度分布,对颗粒的分布和复合材 料的传热过程、凝同过程作了数值计算但是,这些 工作都存在对问题过分简化,以至与实际过稈相差 较远,致使其研究结果仅适于各白的特定条件的局 限性1.3离心铸造梯度复合材料白从1987年U木学者提出梯度复合材料的概 念和构思以来,梯度复合材料的研究己引起世界各 国的广泛重视,相继开发了气相沉积法、粒了填充 法、等离了溅射法、薄膜叠层法和白蔓延高温合成法 等方法用来制备梯度复合材料LlqJ但是,上述技术 大祁存在工艺过稈复杂、参数控制困难、设备昂贵、 不易稳定制备岀大块梯度复合材料等缺点因此,改 进这些技术木身和开发新的材料制备技术对于梯度 复合材料走向实用具有重要意义离心铸造制备梯度复合材料最初是日木学者福 井泰好于1990年提出的Lzu,zl7o他通过离心铸造 AI,O,/石膏系的模拟实验发现,在离心力作用下, AI,O,质点数量沿管壁摩度方向呈梯度分布。

      此外, 他还考察了离心力和混合物中AI,O,的体积分数对 复合材料中AI,O,分布的影响,建立了它们之问的 关系式,认为可以用此关系式,根据所要求的AW, 质点的分布,选择离心力和混合物中A12O3的体积 分数这两个工艺参数基于上述模拟实验,他指出离 心铸造陶瓷颗粒与金属液的混合物,能够获得陶瓷 颗粒在金属基体中梯度分布的复合材料此示,他研 究了离心铸造SiCP/Al梯度复合材料的制备技术, 以及SiC颗粒的梯度分布规律、材料的压缩性能、残 余应力等Lzz-z7J 2离心铸造自生复合材料由于很多合金系的初生相具有硬度高、耐磨、耐离心铸造复合材料的研究与发展/王渠 东丁文江金俊泽 蚀、抗氧化等显著特点,因此,很适合用作复合材料 的增强相L28Jo如果使这些初生相在凝固过程中析出 时呈梯度分布或聚集于表面,显然,能肓接获得自生 梯度复合材料或a生表面复合材料村田清等L2q」首先采用将保温材料内衬于管模 内,离心铸造Al・Fe合金,获得了初生A13Fe沿管壁 径向呈梯度分布的复合材料,并且,考察了离心机转 速和Fe含量对梯度复合纽•织的影响,发现复合材 料外层的耐磨性因初生金属间化合物的大量存在而 大大提高。

      张宝生等[L3U」采用相同的工艺,也获得了 同样的结果此后,村田清等〔川应用上述T艺,又制 备出了 A1・C:合金的梯度复合材料,考察了 Cr含量 和转速对纟R织分布和耐磨性的影响,认为转速是决 定组织分布最重要的工艺参数,他们还实测了复合 管件的冷却曲线福井泰好等132.33)离心铸造Al-Ni 合金,也获得了初生A13Ni呈梯度分布的复合材料, 并且,分析了所得材料的压溃强度、弹性模最、受压 变形过程、均匀热载荷作用下的热应力作者选用 Al-5wtooFe, Al-IOwtooFe, Al-15wt0oFe合金成分,通过控制管模温度,离心铸造 获得了外层为沿径向由外向内初生铝铁化合物梯度 分布、内层为共晶组织的自生双层复合材料,分析了 复合材料初生相、硬度、耐磨性沿径向的分布及其相 互关系L3i.3sJo采用同样工艺,离心铸造A1・C「合金, 作者还获得了外层为偏聚Al,Cr梯度分布、内层含 少量偏聚Al,Cr、中间层不含偏聚Al,Cr的自生梯 度复合材料L3eJo徐自立等L37,3aJ采用预热管模的工 艺,离心铸造Al・Fe合金也获得了初生金属间化合 物梯度分布的复合材料,考察了复合材料驶度、耐磨 性和热膨胀系数的梯度行为,并且,通过加入合金元 素改善了初生金属问化合物的形态。

      作者采用覆膜砂代替保温材料内衬于管模内, 离心铸造Al-Fe合金也获得了外层初生铁相梯度分 布、内层不含初生铁相或初生铁相沿整个管星梯度 分布的自生复合材料L3qJ此外,采用热模金属型工艺,离心铸造过共晶 Al・Si合金,作者还获得了外层富集初晶硅、内层为 共晶纟R织或外层和内层富集初晶硅、中层为共晶纟R 织的白生表面父合材料,分析了父合材料的形成过 程、组织结构、硬度、耐磨性等LauAlJ在上述复合材料中,作为增强相的初生相是在 凝固过程中白生形成的,因此,作者将这种复合材料 称为铸造白生复合材料或铸造初晶自生复合材料 其中,将获得的梯度复合。

      点击阅读更多内容
      关于金锄头网 - 版权申诉 - 免责声明 - 诚邀英才 - 联系我们
      手机版 | 川公网安备 51140202000112号 | 经营许可证(蜀ICP备13022795号)
      ©2008-2016 by Sichuan Goldhoe Inc. All Rights Reserved.