凝固条件对SiCp/Al-6Mg复合材料凝固组织及性能的影响

作     者：李昊择 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：耿林

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：金属基复合材料 半固态机械搅拌 凝固 压力 冷却速率 

摘      要：本文用纯铝和纯镁配制Al-6Mg合金,采用半固态机械搅拌法制备SiC颗粒含量分别为5vol%、10vol%、15vol%SiCp/Al-6Mg复合材料,并采用热挤压工艺进行成形。利用金相显微镜、SEM、TEM和XRD对合金及复合材料进行微观组织观察及成分分析,并测试了复合材料的室温拉伸性能。试验结果表明,利用半固态机械搅拌法成功地制备出了颗粒分布均匀、性能良好的SiCp/Al-6Mg复合材料。热挤压变形减少了复合材料孔隙率,并增强了颗粒的定向排列,因此改善了复合材料的力学性能。 利用差热分析方法(DTA)对SiCp/Al-6Mg复合材料的凝固行为进行研究。结果显示:颗粒的加入使凝固起始温度降低,表明SiC颗粒不促进α(Al)相的形核。随着颗粒含量的增加,使材料的凝固温度区间变长。随着冷却速率的增加,使得材料发生不平衡结晶程度提高,并且导致凝固起始温度降低,凝固温度区间变长。 通过对重熔复合材料的微观组织观察发现,SiC颗粒不能作为α(Al)相形核衬底。α(Al)在颗粒间隙形核、长大,并在凝固前沿与颗粒发生作用,将颗粒推挤到最后凝固的部位,即晶界附近,形成项链状的排列方式。颗粒的增加能够使晶粒细化,同时使溶质元素的偏析程度降低。压力的增加提高了凝固速率,使平均晶粒尺寸减小,也导致了溶质元素偏析程度的加剧。另外,压力有改善材料致密度的作用。随着冷却速率的提高,使得材料的晶粒尺寸减小,溶质元素偏析程度加剧。当冷速很高时,颗粒的吞并机制占据主导作用;同时在极高的冷却速率下形成了过饱和固溶体,因而降低了偏析程度。 室温压缩试验和布氏硬度结果表明,增强体的加入使复合材料的力学性能优于基体合金。颗粒含量的增加、压力的增大及冷却速率的提高均使重熔后的复合材料晶粒细化,因而使材料抗压强度和布氏硬度得到明显的改善。