資源描述：
《金屬基復(fù)合材料實(shí)型熔鑄顆粒強(qiáng)化技術(shù)的研究.pdf》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、金屬基復(fù)合材料實(shí)型熔鑄顆粒強(qiáng)化技術(shù)的研究引言：本課題創(chuàng)造性地提出熔鑄技術(shù)與實(shí)型鑄造相結(jié)合的技術(shù)路線，摒棄了常規(guī)的鑄滲手段[1,2,3]（涂料法，膏塊法，被覆法及V型法），突破性地將高性能合金粉末或顆粒在實(shí)型鑄模的表層作彌散處理，從而在實(shí)型鑄造過程中實(shí)現(xiàn)合金迅速釋放、及時(shí)熔鑄擴(kuò)散，具有復(fù)合材料層合金濃度均勻，復(fù)合層與基體結(jié)合牢固，厚度可控，復(fù)合層合金“處方”化，鑄件表面光潔度高，無氣孔，無夾雜等一系列優(yōu)點(diǎn)[4，5]，我們把這種技術(shù)稱為“實(shí)型熔鑄顆粒強(qiáng)化新技術(shù)”，實(shí)踐證明，此技術(shù)完全可以生產(chǎn)出雙金屬材料或表層呈層狀梯度分布的復(fù)合材料鑄件?！皩?shí)型熔
2、鑄顆粒強(qiáng)化新技術(shù)”經(jīng)過了三個(gè)階段的摸索，逐漸實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破，最終取得了理想的效果。這三個(gè)階段分別是：1．將常規(guī)的涂料法、膏塊法應(yīng)用于實(shí)型鑄造；2．將合金粉末填充于消失模表層內(nèi)部孔洞，進(jìn)行實(shí)型鑄造；3．將合金粉末在消失模表層做彌散處理，進(jìn)行實(shí)型鑄造。在第一階段，由于實(shí)型鑄造內(nèi)部負(fù)壓，相應(yīng)的涂料法、膏塊法的結(jié)果均優(yōu)于常規(guī)的涂料法、膏塊法；但仍存在夾雜、熔不透等缺陷；第二階段，我們放棄了涂料法、膏塊法中的粘結(jié)劑、稀釋劑、及成型劑、造渣劑，而直接將合金粉末置于消失模表層內(nèi)部，的確消除了夾雜、熔不透等缺陷，但由于合金粉末都集中在孔洞中，出現(xiàn)了偏析現(xiàn)
3、象，表現(xiàn)為組織不穩(wěn)定，甚至有合金粉末徹底熔化現(xiàn)象；最后，為了消除偏析，我們將合金粉末在消失模表層作了彌散處理，果然達(dá)到了理想效果，表現(xiàn)為復(fù)合材料層厚度均勻，組織穩(wěn)定，無任何鑄造缺陷，鑄件表面光潔度高，性能優(yōu)越。項(xiàng)目組對此技術(shù)進(jìn)行了深入透徹的研究，在對技術(shù)細(xì)節(jié)充分考慮的情況下，設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)方案，逐漸掌握了此技術(shù)的關(guān)鍵影響要素。1.實(shí)驗(yàn)材料與方法1．1消失模的制備實(shí)型鑄造中的鑄模稱為消失模，或汽化模，主要成分為聚苯乙烯，其成型方式有兩種，一種為為聚苯乙烯珠粒預(yù)發(fā)泡、熟化、發(fā)泡成型，另一種方法為聚苯乙烯性材料加工而成。要實(shí)現(xiàn)合金粉末或顆粒在消失
4、模表層的彌散化，必須控制顆粒的發(fā)泡大小，吹入蒸汽的同時(shí)夾入合金粉末。本課題中，消失模的制備專門委托廠家定做，要求泡沫塑料顆粒大小在R2mm左右；合金粉末在200目左右，最粗不超過100目，最細(xì)不小于400目，發(fā)現(xiàn)合金粉末主要彌散分布于珠粒間界面，有的合金粉末進(jìn)入成熟珠粒內(nèi)部。1．2材料的選用及熔鑄試樣設(shè)計(jì)基體材料選用最常見的鑄鐵材料HT200，其成分為表1；合金成分以高純度的硼鐵合金粉末為主，其化學(xué)成分為表2：為考察熔鑄效果，同時(shí)考慮形狀簡單，熔鑄試樣（消失模）采用兩種樣式：一種為平板式，另一種為立方體。澆注位置分別設(shè)計(jì)為臥式與立式。2．實(shí)型
5、熔鑄顆粒強(qiáng)化技術(shù)中工藝參數(shù)試驗(yàn)實(shí)型鑄造過程是一個(gè)模型汽化、金屬液快速填充并行的過程，其中產(chǎn)生的大量氣體由于內(nèi)部負(fù)壓而排出砂型，因此要求澆注溫度比一般鑄件稍高，澆注過程中始終保持負(fù)壓穩(wěn)定，澆注后一段時(shí)間仍要保持一定的負(fù)壓。模型汽化后合金顆粒直接釋放到基體母液中，不存在“熔不上”的問題，由于澆注的母液是流動的，局部的液體波動會促使合金粉末與基體母液混合充分，加速合金粉末的熔化、擴(kuò)散，這樣就會形成濃度均勻、性能穩(wěn)定，呈梯度分布的復(fù)合材料層。當(dāng)然，如控制不當(dāng)，也會造成合金成分過渡擴(kuò)散，濃度降低導(dǎo)致復(fù)合材料層性能變差。因此要求有一定的合金濃度，一定的濃
6、度分布梯度，且厚度適宜。如基體體積過大，液體保持時(shí)間會延長，這樣會導(dǎo)致復(fù)合材料層合金濃度大大降低，復(fù)合材料層性能也會變差，這時(shí)應(yīng)采取復(fù)合材料層表面設(shè)置冷鐵等激冷措施，減少擴(kuò)散時(shí)間，促使復(fù)合材料的凝固形成。因此為保證復(fù)合材料層的性能，需要考慮的工藝參數(shù)有：（1）鑄型的澆注位置對復(fù)合材料層的影響（2）合理的實(shí)型熔鑄工藝設(shè)計(jì)（澆道的安排，盡量減少對復(fù)合材料層的沖刷及波動，保證液面平穩(wěn)上升。）（3）合金層的厚度與鑄件當(dāng)量厚度之比（4）合金的顆?；笮?、母液澆注溫度的影響（5）型砂粒度的影響（6）負(fù)壓的大小及保持的時(shí)間。為此，我們設(shè)計(jì)了一系列的試驗(yàn)，以
7、考查這些因素對表層復(fù)合材料層的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。2．1鑄型的澆注位置對復(fù)合材料層的影響鑄模尺寸：一為平板型30×80×150（mm3）；二為立方體100×100×100（mm3），合金層厚度均為10mm。平板型采用兩種澆注位置：一為臥式，即平放澆注，合金層為側(cè)部；一種為立式，合金層為側(cè)部、頂部，澆道均為底注式。對于立方體鑄型，合金層分別位于側(cè)部和頂部。示意圖見圖1：從上表可以看出，復(fù)合材料層位于側(cè)部，一般性能相對較好，但結(jié)合面由于液體波動劇烈，底部厚度較寬，顯微硬度也稍有下降；位于頂部的復(fù)合材料層厚度相對較寬，結(jié)合面平整且界面明顯，這可能
8、與頂部液體波動不大，但凝固速度慢有關(guān)系。兩者均無鑄造缺陷，光潔度較高。總之，復(fù)合材料層位于側(cè)部、頂部均較理想。曾做過復(fù)合材料層在底部的試驗(yàn)，證明這種澆注位置很差，原
