固液混合铸造铝合金和高铬铸铁的研究

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1、固液混合铸造的工艺研究摘要固液混合铸造是一种新型的材料制备技术，其主要工艺过程是在过热的合金熔体中加入大量的同种合金粉末或润湿好的异种合金粉末，经强烈均匀搅拌后进行铸造或各种热加工。本文自行设计制造了固液混合铸造的实验设备，初步确定了固液混合铸造制备高合金含量的铝合金及高铬铸铁的基本工艺规律，采用固液混合铸造技术制备了合金成分较高的铝合金和高铬铸铁合金。通过DSC分析、力学性能测试及OM、XRD、SEM形貌分析等手段对固液混合铸造Al-Mn合金、Al-Cr合金、Al-Cu合金以及高铬铸铁的组织、性能及其后续重熔处理和

2、挤压成形性能进行了研究，并初步探索了固液混合铸造工艺的细晶机理，研究结果如下：（1）采用固液混合铸造技术有效地改善了合金的组织：固液混合铸造制备的Al-20Mn合金的初生相尺寸可控制在10µm以内，且形貌以球形或等轴状为主。固液混合铸造Al-20Cu合金的初生α-Al为蔷薇状或近球状，其大小可以达到70µm（加入200µm～96µm粉末）或50µm（加入74µm～43µm粉末），明显小于半固态加工的120µm。固液混合铸造Al-40Cu合金初生θ相更为圆整。长度方向的平均尺寸由普通铸造500µm减至100µm（加入2

3、00µm～96µm粉末），或80µm（加入74µm～43µm粉末）；径向的平均尺寸由普通铸造80µm减为40µm（加入200µm～96µm粉末），或30µm（加入74µm～43µm粉末），长径比由普通铸造的6减至2.5。固液混合铸造制备的Cr15高铬铸铁合金的共晶碳化物组织更加细小，板片长度最大为50µm，碳化物有明显的球化现象；奥氏体枝晶的树枝状形貌消除，形成更加细小的等轴晶粒；合金组织的共晶团尺寸变小，共晶团直径在20µm～50µm之间，合金的偏析得以改善。（2）固液混合铸造有效地提高了合金的抗拉强度：固液混合铸

4、造的Al-20Mn合金的抗拉强度由传统铸造的30MPa，半固态铸造的60MPa提高到固液混合铸造的100MPa左右，延伸率也有所提高。固液混合铸造Al-10Mn合金的抗拉强度大幅提高到130MPa，其后续加工性能得以改善。固液混合铸造Al-10Mn合金坯料经过热挤压加工后其抗拉强度提高到181MP，其中坯料最佳加热温度为600℃。固液混合铸造Al-10Cr合金的研究中发现，当粉料比为0.4，或当粉料比为0.2且粉末粒度为38µm～74µm时，合金的组织明显细化，综合力学性能较好,室温拉伸性能为:σb=119.3MPa

5、,σ0.2=89.5MPa。在固液混合铸造工艺条件下，Al-20Cu合金的室温力学性能为：σb＝165MPa，II博士学位论文σ0.2＝100MPa，δ＝2%（加入200µm～96µm粉末）；σb＝193MPa，σ0.2＝116MPa，δ＝3%（加入74µm～43µm粉末）。Al-40Cu合金的室温力学性能为：σb＝187MPa，σ0.2＝113MPa，δ＝1.5%（加入200µm～96µm粉末）；σb＝209MPa，σ0.2＝125MPa，δ＝2%（加入74µm～43µm粉末）。固液混合铸造的高铬铸铁合金试样室温拉

6、伸性能为：抗拉强度σb=635MPa，屈服强度σs=401MPa，高于普通铸造制备的合金试样。（3）固液混合铸造Al-10Cr合金的磨损机制室温时主要为磨粒磨损，而高温时主要为粘着磨损，较半固态铸造合金有较强的耐磨性。固液混合铸造Al-10Cr合金的抗晶间腐蚀性能要高于半固态铸造Al-10Cr合金。固液混合铸造Al-Cu合金试样S2-4＋2#的磨损量明显小于实验中其它加工方法制备试样的磨损量，主要为“疲劳磨损＋粘着磨损”的层离剥落磨损机制。固液混合铸造工艺改善了高铬铸铁合金的耐磨性能，使摩擦磨损实验的质量损失率由1.

7、00％降低到0.53％。（4）固液混合铸造高铬铸铁合金试样热压性能得以提高，墩粗变形比累计可达到34％以上，高于普通铸造合金的22％左右。（5）固液混合铸造Al-10Mn、Al-20Mn合金重熔处理后析出相变得圆整、均匀，且随着重熔温度的增加，晶粒越大。固液混合铸造重熔处理使Al-Mn合金中较为粗大的析出相被碎裂和细化。固液混合铸造高铬铸铁合金坯料的重熔处理的合适温度在1220℃～1240℃之间，重熔处理有效地改善了粉末与基体冶金结合，部分修复了坯料中的气孔、疏松、缩孔等缺陷。关键词：铸造；固液混合铸造；铝合金；高铬

8、铸铁；组织；力学性能中图分类号：TG249III固液混合铸造的工艺研究AbstractSolid-liquidMixed(SLiM)castingisanovelmaterialpreparationtechnology.Inthisprocess,acertainamountofalloypowderisaddedintomeltandthe