不同等温热处理条件下半固态挤压Mg<sub>2</sub>Si/Al复合材料的组织和性能

引用本文

刘晓波, 周德坤, 赵宇光. 不同等温热处理条件下半固态挤压Mg₂Si/Al复合材料的组织和性能 . 2016, 46(5): 1577-1582
LIU Xiao-bo, ZHOU De-kun, ZHAO Yu-guang. Microstructure and mechanical property of Mg₂Si/Al composites fabricated by semi-solid extrusion under different isothermal heat treatments . Journal of Jilin University Engineering and Technology Edition, 2016, 46(5): 1577-1582 复制到剪切板

Permissions

不同等温热处理条件下半固态挤压Mg₂Si/Al复合材料的组织和性能

刘晓波^1,², 周德坤¹, 赵宇光²

1.北华大学机械工程学院, 吉林省吉林市 132021

2.吉林大学材料科学与工程学院, 长春 130022

通信作者:赵宇光(1955-),男,教授,博士生导师.研究方向:金属基复合材料的设计、制备与性能.E-mail:zhaoyg@jlu.edu.cn

作者简介:刘晓波(1979-),女,副教授,博士.研究方向:新金属材料的设计与制备.E-mail:stone-666@126.com

基金:国家自然科学基金项目(50671044,51564005); 吉林省科技发展计划项目(20070506)

摘要

采用重力铸造和等温热处理半固态挤压的方法制备了Mg₂Si/Al复合材料,并研究了复合材料的组织及性能。结果表明:经过等温热处理后得到了基体 α-Al和增强相Mg₂Si双球化的半固态组织,其中,Mg₂Si颗粒呈现球化, α-Al呈现规则球形或椭球形。与普通重力铸造Mg₂Si/Al复合材料相比,等温热处理温度为555 ℃、565 ℃和570 ℃的半固态挤压Mg₂Si/Al复合材料的布氏硬度分别提高了26.09%、39.13%和31.30%。拉伸测试试验结果表明:等温热处理565 ℃时,半固态挤压Mg₂Si/Al复合材料的抗拉强度达到了274 MPa,延伸率达到了8.75%。

关键词: 金属材料; 原位Mg2Si/Al复合材料; 等温热处理; 半固态挤压; 力学性能

中图分类号:TB331 文献标志码:A 文章编号:1671-5497(2016)05-1577-06

Microstructure and mechanical property of Mg₂Si/Al composites fabricated by semi-solid extrusion under different isothermal heat treatments

LIU Xiao-bo^1,², ZHOU De-kun¹, ZHAO Yu-guang²

1.College of Mechanical Engineering, Beihua University, Jilin 132021,China

2.College of Materials Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130022,China

Abstract

Mg₂Si/Al composites were fabricated by gravity casting and semi-solid extrusion. The microstructure and mechanical property of the composites were investigated. The results show that after isothermal heat treatment the semisolid Mg₂Si/Al composites form spherical reinforced phase and matrix structure. The effect of the isothermal heat treatment temperature on the microstructure and mechanical was studied. In addition, the hardness of the semi-solid extrusion composites with isothermal heat treatment temperatures of 555 ℃, 565 ℃ and 570 ℃ under specific pressure of 255 MPa are enhanced by 26.09%, 39.13% and 31.30% respectively in comparison with the casting composite. The tensile test results show that the ultimate tensile strength and elongation of the Mg₂Si/Al composites fabricated by semi-solid extrusion reach 274 MPa and 8.75% respectively.

Keyword: metallic materials; in-situ Mg2Si/Al composite; isothermal heat treatment; semi-solid extrusion; mechanical property

Show Figures

0 引言

近些年来, 开发与研究铝基复合材料日益受到材料及工程界的关注和重视, 汽车缸套制造材料之一原位Mg₂Si/Al复合材料成为了关注的热点。Mg₂Si是一种具有代表性的金属间化合物, 它是在熔体的凝固过程中形成的, 是一种热力学稳定相。Mg₂Si熔点较高、密度较低、硬度较高, 与基体Al具有良好的相容性, Mg₂Si/Al界面结合强度高、界面干净, 因此Mg₂Si作为重要的颗粒增强相得到了广泛的应用^{[1, 2, 3]}, Mg₂Si/Al复合材料在汽车行业具有广泛的应用前景。目前的问题在于, 在重力铸造法制备的复合材料中, Mg₂Si增强相为不均匀分布, 呈现枝晶状, 十分粗大且尖角众多, 对基体产生了割裂作用。在材料的受力过程中, Mg₂Si增强相易于开裂, 复合材料会较早发生断裂, 导致复合材料呈现较低的强度和塑性^[4]。基于此, 对Mg₂Si/Al复合材料的凝固和成形过程施加特定的控制, 从而改善基体及增强相的尺寸、形貌和分布, 进而提高复合材料的强度和韧性成为研究者首要解决的问题。国内外的研究表明^[5], 利用半固态工艺能够制造出组织为非枝晶的镁合金及铝合金, 这些材料的力学性能得到了显著提高。半固态加工工艺在近几年研究较多, 它是一种控制与改变基体和增强相组织特征的有效方法, 它使复合材料的基体和增强相呈现非枝晶化(例如球化或椭球化), 且分布均匀, 在有效改善组织的同时也提高了材料的性能^[5]。目前常用的获得半固态组织的方法有机械搅拌^[6]、喷射沉积^[7]、电磁搅拌^[8]、熔体激活^{[1, 9]}、冷斜面^[10]和等温热处理^[11]等。

本文采用重力铸造法和半固态挤压法制备了Mg₂Si/Al复合材料, 采用等温热处理得到了增强相Mg₂Si与基体Al双球化的半固态组织, 研究了等温热处理温度对组织和性能的影响, 目的是探寻一条提高Mg₂Si/Al复合材料韧性的有效途径, 为此种复合材料的进一步发展提供理论依据。

1 材料与方法

试验的原材料为w(Si)=20%的Al合金和纯Mg。变质剂为w(P)=14%的铜合金。P加入量为总量的0.55%。初生Mg₂Si和过剩Si的质量分数分别为20%和9.5%。制备过程如下:首先将石墨坩埚预热, 将710 g的w(Si)=20%的Al合金加入其中, 升温使之完全熔化, 保温10 min后降温, 将预热的铝箔包覆的纯Mg(105 g)压入熔体内。待纯Mg完全熔化后进行精炼, 再将温度升高, 将预热后的30 g的w(P)=14%的铜合金中间合金加入其中, 保温25 min后浇注成直径54 mm、长100 mm的试样。之后, 将试样加工成⌀54 mm× 60 mm圆柱, 放入箱式电阻炉, 分别在555、565、570 ℃保温60 min, 然后把试样移入挤压机预热到280 ℃的挤压模具中, 在255 MPa下保压45 s, 挤成⌀66 mm的柱状试样。

采用体积分数为0.5%的HF水溶液对磨制抛光的试样进行腐蚀。显微组织的观察采用光学显微镜(OM)(JSM-5310型), 相组成分析采用X射线衍射仪(XRD)(D/Max2500PC型)。萃取试验采用30% HCL水溶液对试样进行浸泡腐蚀(萃取液浓度始终一致), 再过滤分离颗粒, 用无水乙醇反复清洗, 风干后得到Mg₂Si颗粒。硬度试验在布氏硬度计(HB-3000B型)上进行, 施加载荷和保压时间分别为7350 N和30 s, 试验时测试7个值, 去除最大及最小值, 取其余值的平均值。

采用美国MTS电子拉伸试验机进行力学性能测试, 拉伸速度为3.33× 10^-4 mm/s(0.2 mm/min)。拉伸前对试样进行T6热处理:固溶温度及时间为510 ℃和11 h, 时效温度及时间为177 ℃和8 h。拉伸试样为片状试样, 尺寸如图1所示, 试样厚度为2 mm。

	Figure Option View Download New Window
	图1 拉伸试样的示意图(单位mm)Fig.1 Diagram of tensile samples

2 试验结果

2.1 显微组织

Mg₂Si/Al复合材料的XRD图如图2所示。可见, 重力铸造法和半固态挤压法制备的Mg₂Si/Al复合材料的相组成均由Al相、Mg₂Si相、CuAl₂相和过剩Si相构成。

	Figure Option View Download New Window
	图2 复合材料的XRD图谱Fig.2 XRD spectra of Mg₂Si/Al composites

图3为Mg₂Si/Al复合材料的显微组织。图3(a)为重力铸造法制备的复合材料的显微组织。从图3(a)可见, 黑色的初生Mg₂Si平均尺寸为34 μ m, 大部分形态呈现多边形, 小部分为四边形, 而白色的α -Al则呈现枝晶形态。经过半固态挤压后, 初生Mg₂Si和α -Al的形态均发生了变化, 如图3(b)(c)(d)所示。在555 ℃进行等温热处理时, 大多数初生Mg₂Si为边角钝化的不规则形态, 小部分出现球化, α -Al由枝晶形态转化为蔷薇形态, 总体看来出现球化趋势, 如图3(b)所示。当温度增加到565 ℃时, 初生Mg₂Si边角钝化更加明显, 出现球化, α -Al也由蔷薇形态转变为平均尺寸为86 μ m左右的规则球状或椭球状, 如图3(c)所示。此外, 与图3(b)相比, 图3(c)组织中的液相体积也显著增加。同时, 可以看到许多细小α -Al存在于液相之中。当等温热处理温度进一步提高到570 ℃时, 初生Mg₂Si形貌仍保持球形, 并进一步圆整化, 尺寸分布更加均匀; α -Al平均尺寸增加到112 μ m, 呈现不规则的椭球状。同时可见, 组织中的液相分数进一步增加, 如图3(d)所示。综合图3(b)(c)(d)可知, 初生Mg₂Si和基体α -Al中皆存在少量液岛, 这是因为在等温热处理过程中, 组织中最后凝固形成的共晶组织, 例如二元共晶(Al-Si和Al-Mg₂Si)和三元共晶(Al-Si-Mg₂Si), 熔化后被捕捉到两者之中。

	Figure Option View Download New Window
	图3 重力铸造法和半固态挤压法制备的Mg₂Si/Al 复合材料的显微组织Fig.3 Microstructures of Mg₂Si/Al composites fabricated by gravity casting and semi-solid extrusion

图4是重力铸造法和半固态挤压法制备的Mg₂Si/Al复合材料的共晶组织。重力铸造的复合材料的共晶Si相为典型的粗大针状, 共晶Mg₂Si为蠕虫状, 见图4(a)。进行半固态挤压后, 如图4(b)所示, 555 ℃时共晶相发生熔化, 残余部分仍为针状或蠕虫形态。等温热处理温度增加到565 ℃时, 共晶相出现细化, 共晶Si和共晶Mg₂Si分别为珊瑚形态和短纤维或点状; 当温度进一步增加到570 ℃时, 共晶Si和共晶Mg₂Si分别表现为细小珊瑚形态和粗大汉字形态。

	Figure Option View Download New Window
	图4 重力铸造法和半固态挤压法制备的Mg₂Si/Al 复合材料的共晶组织Fig.4 Morphologies of eutectic matrix of Mg₂Si/Al composites fabricated by gravity casting and semi-solid extrusion

为了更好地观察Mg₂Si颗粒的立体形貌, 对半固态挤压复合材料进行了萃取试验, 得到的颗粒形貌如图5所示。由图可见, 对复合材料进行等温热处理后, 初生Mg₂Si出现球化, 随着等温热处理温度的提高, Mg₂Si颗粒圆整度也提高, 如图5(b)所示。

	Figure Option View Download New Window
	图5 萃取获得的Mg₂Si颗粒Fig.5 Morphologies of Mg₂Si particulates extracted from Mg₂Si/Al composites

图6为T6处理后半固态挤压Mg₂Si/Al复合材料的显微组织。可见, 经过T6处理, 部分共晶相变为细小蠕虫形态, 部分则变为点状, 而初生Mg₂Si及α -Al依旧为球状或椭球状。

	Figure Option View Download New Window
	图6 半固态挤压Mg₂Si/Al复合材料经T6热处理后的显微组织Fig.6 Microstructure of Mg₂Si/Al composite fabricated by semi-solid extrusion after T6 heat treatment

2.2 力学性能

2.2.1 硬度

铸态下4种复合材料的布氏硬度数值见表1。可见, 经过等温热处理半固态挤压后, 复合材料的硬度得到了较大提高。与重力铸造相比, 等温热处理温度为555、565、570 ℃的半固态挤压Mg₂Si/Al复合材料的布氏硬度分别提高了26.09%、39.13%和31.30%。

表1 Mg₂Si/Al复合材料的布氏硬度 Table 1 HB hardness of Mg₂Si/Al composites

2.2.2 强度和塑性

经过T6热处理后4种复合材料的抗拉强度和延伸率见表2, 可以看出, 经过半固态挤压后, 复合材料的抗拉强度和延伸率都有了大幅度提高。与重力铸造相比, 等温热处理温度为555、565和570 ℃的半固态挤压Mg₂Si/Al复合材料的抗拉强度分别提高了34.38%、71.25%和18.75%, 其延伸率分别提高了87.37%、360.5%和26.32%。

表2 Mg₂Si/Al复合材料的抗拉强度σ _b和伸长率δ 值 Table 2 Values of ultimate tensile strength σ _b and elongation δ of Mg₂Si/Al composites

3 讨论

3.1 等温热处理温度对α -Al形状因子和液相含量的影响

通常, 采用圆整度作为指标来衡量球状颗粒, 具体的方法是采用其二维组织作为圆整度的表征, 即用形状因子表示球状颗粒的圆整度大小, 表达式如下^[12]:

$\begin{matrix} F_{0} = \frac{4 π A_{0}}{P_{0}^{2}} (1) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} F_{0} 、 A_{0} 、 P_{0} \end{matrix}$ 分别为形状因子、晶粒面积和晶粒周长。

式(1)中, F₀等于1, 表示颗粒二维组织轮廓为完美圆形; F₀越接近0, 表示颗粒越不圆整。不同等温热处理温度条件下, 形状因子和温度的关系曲线如图7所示。其中, 各温度的形状因子均为平均值。等温热处理温度为555、565、570 ℃时, 基体α -Al的形状因子分别为0.323、0.762和0.652。可见, 等温热处理温度对形状因子有很大影响。总体趋势是, 随着等温热处理温度的提高, α -Al晶粒的形状因子先是增加到一个极限数值, 然而当温度继续提高时, 形状因子却有所降低^[11]。这主要是因为, 与555 ℃相比, 温度为565 ℃时α -Al晶粒的尖角(曲率较大处)更易于熔化到液相中, 从而加速了晶粒的钝化和圆整; 而当温度升高到570 ℃时, 圆整的α -Al会在较高温度下再次发生熔解, 导致α -Al的圆整度略有降低。这种变化趋势与固相颗粒经过长时间保温后形状发生的变化相似^[13]。

	Figure Option View Download New Window
	图7 形状因子与等温热处理温度的关系曲线Fig.7 Relationship of shape factor and isothermal heat treatment temperatute

从图3可见, 液体含量随着等温热处理温度的提高而明显增加。Scheil方程用公式形式解释了此种现象, 即在平衡状态下, 液相体积分数用下式表示^[12]:

$\begin{matrix} f_{L} = {(\frac{T_{M} - T}{T_{M} - T_{L}})}^{- 1 / (1 - K_{0})} (2) \end{matrix}$

式中:T_M、T_L和 $\begin{matrix} K_{0} \end{matrix}$ 均为常数, 分别代表纯金属熔点、合金液相线温度和溶质平衡分配系数; $T$ 为变量, 代表热处理温度。此公式表示, 合金的液相体积分数 $f_{L}$ 仅与温度 $T$ 有关, 并且随着 $\begin{matrix} T \end{matrix}$ 的增加而迅速增加。

3.2 不同等温热处理温度条件下半固态组织的变化

在重力铸造法制备的复合材料组织中, α -Al为枝晶形态, 增强相Mg₂Si呈现多边形块状。等温热处理温度为555 ℃条件下, α -Al枝晶间分布的共晶相由于熔点较低首先熔化, 此时, α -Al晶粒的枝晶端部也熔化, 转变为液相, 换言之, α -Al出现钝化。而后随着液相的贯通, α -Al枝晶被分隔为若干蔷薇形态晶粒。565 ℃条件下, α -Al晶粒在较高温度下熔解更快, 边角钝化更明显, 呈现尺寸均一的球状和椭球状, 液相体积与555 ℃相比也有所增加。570 ℃条件下, 球状α -Al 在高温下开始粗化熟化, 并长大为不规则的椭球形态, 液相体积分数则进一步增加。

与基体α -Al相比, Mg₂Si增强相的球化进程比较单一且简单, 即随着等温热处理温度的提高, 颗粒钝化, 圆整度逐渐提高。

3.3 等温热处理半固态挤压对性能的影响

与重力铸造法制备的Mg₂Si/Al复合材料相比, 半固态挤压法制备的Mg₂Si/Al复合材料具有更好的硬度、强度和塑性。导致这种现象的原因主要有两个:①不同制备条件下得到的增强相和基体的形态、分布不同; ②热挤压的作用。

重力铸造法得到的组织中, 增强相Mg₂Si呈现多边形, 具有一定数量的尖角, α -Al呈现枝晶形态。增强相的这种形貌容易造成应力集中, 并且割裂了基体, 使基体丧失了完整的连续性, 同时也容易加剧自身颗粒开裂, 最终导致抗拉强度以及延伸率的降低。在半固态挤压法制备的复合材料组织中, α -Al分布均匀且呈现球状, 增强相Mg₂Si也出现圆整化。这种组织形态最不易萌生裂纹, 也不易于裂纹的扩展, 受力时更不易产生应力集中, 增强相和基体的变形协调性也较好, 故而显著提高了复合材料的性能。

半固态挤压制备方法中采用的热挤压也对Mg₂Si/Al复合材料的性能改善有一定贡献。第一, 在热挤压过程中, 由于进行了液相分配, 增强相Mg₂Si随液相流动而趋于更加均匀的分布状态。第二, 重力铸造法容易产生空洞类缺陷(疏松、缩松以及气孔等), 这些缺陷不仅容易造成应力集中进而产生裂纹, 而且致使受力面积减少, 从而降低了材料的性能。在热挤压条件下, 材料三向受压, 合金发生塑性流动, 较好地消除了空洞类缺陷^[14], 有效焊合了材料组织, 减少了组织中的局部应力集中以及裂纹源, 提高了复合材料的密度。综合以上原因, 半固态挤压法制备的Mg₂Si/Al复合材料性能大大提高^[14]。

在本试验中, 随着等温热处理温度的提高, 半固态挤压Mg₂Si/Al复合材料的硬度、抗拉强度和延伸率均出现先增加后减小的趋势。半固态挤压后, α -Al和Mg₂Si增强颗粒都出现了不同程度的球化, 等温热处理温度为565 ℃时, α -Al为规则球状, Mg₂Si增强颗粒也比较圆整; 等温热处理温度为555 ℃时, α -Al和Mg₂Si均球化不明显; 等温热处理温度为570 ℃时, α -Al又发生了粗化长大, 正是组织的这种不同导致了复合材料硬度、抗拉强度和延伸率相应出现先增加后减小的变化。

4 结束语

利用半固态挤压法成功获得了基体α -Al和增强相Mg₂Si双重球化的半固态组织。等温热处理温度为555、565、570 ℃时半固态挤压法制备的Mg₂Si/Al复合材料的布氏硬度分别为145、160、151 HB, 与重力铸造相比, 分别提高了26.09%、39.13%和31.30%。对经过T6热处理后的Mg₂Si/Al复合材料进行了力学性能试验, 重力铸造复合材料的抗拉强度和延伸率为160 MPa和1.90%, 而等温热处理温度为555、565、570 ℃时, 半固态挤压Mg₂Si/Al复合材料的抗拉强度分别为215、274和190 MPa, 延伸率分别为3.56%、8.75%和2.40%, 与重力铸造相比, 其抗拉强度分别提高了34.38%、71.25%和18.75%, 延伸率分别提高了87.37%、360.5%和26.32%。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

View Option

[1]	Qin Q D, Zhao Y G, Xiu K, et al. Microstructure evolution of in situ Mg₂Si/Al-Si-Cu composite in semisolid remelting processing[J]. Materials Science and Engineering A, 2005, 407(1/2): 196-200. [本文引用:2]
[2]	刘晓波, 赵宇光, 杨雯, 等. (Mg₂Si+SiCp)/Mg复合材料的耐磨性[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2011, 41(6): 1618-1624. Liu Xiao-bo, Zhao Yu-guang, Yang Wen, et al. Wear resistance of (Mg₂Si+SiCp)/Mg composites[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2011, 41(6): 1618-1624. [本文引用:1]
[3]	刘晓波, 赵宇光, 刘雁. Mg₂Si/Al梯度复合材料的耐磨性[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2011, 41(2): 371-376. Liu Xiao-bo, Zhao Yu-guang, Liu Yan. Wear resistance of Mg₂Si/Al gradient composites[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2011, 41(2): 371-376. [本文引用:1]
[4]	Qin Q D, Li W X, Zhao K W, et al. Effect of modification and aging treatment on mechanical properties of Mg₂Si/Al composite[J]. Materials Science and Engineering A, 2010, 527(9): 2253-2257. [本文引用:1]
[5]	Spencer D B, Mehrabian R, Flemings M C. Rheological behavior of Sn-15Pb in the crystallization range[J]. Metallurgical Transactions A, 1972, 3(7): 1925-1932. [本文引用:2]
[6]	Guan L N, Geng L, Zhang H W, et al. Effects of stirring parameters on microstructure and tensile properties of (ABOw+SiCp)/6061Al composites fabricated by semi-solid stirring technique[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2011, 21(Sup. 2): 274-279. [本文引用:1]
[7]	刘慧敏, 何建平, 杨滨, 等. 半固态喷射沉积TiCp/7075铝合金的晶粒长大规律[J]. 金属学报, 2006, 42(2): 158-162. Liu Hui-min, He Jian-ping, Yang Bin, et al. Grain growth law of semi-solid state TiCp/7075 Al alloy prepared by spray deposition[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2006, 42(2): 158-162. [本文引用:1]
[8]	李树索, 赵爱民, 毛卫民, 等. 半固态过共晶Al-Si合金显微组织中近球形α相形成机理的研究[J]. 金属学报, 2000, 36(5): 545-549. Li Shu-suo, Zhao Ai-min, Mao Wei-min, et al. Study on forming mechanism of sphere-like α phase in microstructure of semisolid hypereutectic Al-Si alloy[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2000, 36(5): 545-549. [本文引用:1]
[9]	Mohammadi H, Ketabchi M, Kalaki A. Microstructure evolution of semi-solid 7075 aluminum alloy during reheating process[J]. Journal of Materials Engineering and Performance, 2011, 20(7): 1256-1263. [本文引用:1]
[10]	Qin Q D, Zhao Y G, Cong P J, et al. Semisolid microstructure of Mg₂Si/Al composite by cooling slope cast and its evolution during partial remelting process[J]. Materials Science and Engineering A, 2007, 444(1/2): 99-103. [本文引用:1]
[11]	秦庆东. Mg₂Si/Al复合材料组织与性能的研究[D]. 长春: 吉林大学材料科学与工程学院, 2008. Qin Qing-dong. Study on microstructure modification of Mg₂Si/Al composites with its mechanics and wear properties[D]. Changchun: College of Matierial Science and Engineering, Jilin University, 2008. [本文引用:2]
[12]	Loue W R, Suery M. Microstructural evolution during partial remelting of Al-Si₇Mg alloys[J]. Materials Science and Engineering A, 1995, 203(1/2): 1-13. [本文引用:2]
[13]	Ferrante M, de Freitas E. Rheology and microstructural development of an Al-4wt%Cu alloy in the semi-solid state[J]. Materials Science and Engineering A, 1999, 271(1/2): 172-180. [本文引用:1]
[14]	李荣徳, 何昌国, 李润霞, 等. 热挤压工艺对Al-Si合金组织和力学性能的影响[J]. 特种铸造及有色合金, 2008, 28(1): 42-44. Li Rong-de, He Chang-guo, Li Run-xia, et al. Effects of hot extrusion on microstructure and mechanical properties of Al-Si alloy[J]. Special Casting and Nonferrous Alloys, 2008, 28(1): 42-44. [本文引用:2]

2005

0.0

... Mg₂Si熔点较高、密度较低、硬度较高,与基体Al具有良好的相容性,Mg₂Si/Al界面结合强度高、界面干净,因此Mg₂Si作为重要的颗粒增强相得到了广泛的应用^[1,2,3],Mg₂Si/Al复合材料在汽车行业具有广泛的应用前景 ...

... 目前常用的获得半固态组织的方法有机械搅拌^[6]、喷射沉积^[7]、电磁搅拌^[8]、熔体激活^[1,9]、冷斜面^[10]和等温热处理^[11]等 ...

2011

0.0

. 2011, 41(6):1618-1624

Wear resistance of (Mg₂Si+SiCp)/Mg composites

(Mg 2 Si+SiCp)/Mg复合材料的耐磨性

Liu Xiao-bo , Zhao Yu-guang , Yang Wen

刘晓波, 赵宇光, 杨雯

1.College of Materials Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130022,China；2.College of Mechanical Engineering, Beihua University, Jilin 132021,China

A study on the abrasive wear behaviors of pure Mg and (Mg 2 Si+SiC p )/Mg composites in the conditions of different loads and abrasive sizes has been presented. Their worn surfaces have been observed by SEM and extracted technology. The results show that the wear resistance of (Mg 2 Si+SiC p )/Mg composites is much higher than that of pure Mg, because the firm Mg 2 Si and SiC p reinforced phases could restrain the occurring of plastic deformation, enhancing the ability of wear resistance. The wear resistance of (Mg 2 Si+SiC p )/Mg composites increases with increasing the content of SiC particle. After hot-extrusion, (Mg 2 Si+SiC p )/Mg composites exhibits the better wear resistance. And the failure mechanism of (Mg 2 Si+SiC p )/ Mg composites mainly is abrasive wear.

利用SEM等技术观察了(Mg 2 Si+SiC p )/Mg复合材料和纯镁的磨损表面,对比研究了几种材料在不同载荷、不同磨粒尺寸情况下的磨粒磨损行为。结果表明：复合材料中的Mg 2 Si和SiC增强颗粒能够起到较强的支撑作用,且不易破碎和脱落,很大程度上抑制了塑形变形的出现,抗磨损能力有了明显的提高；随着碳化硅含量的增加,磨损性能成上升趋势,且经过热挤压的复合材料要比铸态的磨损性能好；(Mg 2 Si+SiC p )/Mg复合材料的失效机制主要是磨粒磨损。

2011

0.0

. 2011, 41(2):371-376

Wear resistance of Mg₂Si/Al gradient composites

Mg 2 Si/Al梯度复合材料的耐磨性

Liu Xiao-bo , Zhao Yu-guang , Liu Yan

刘晓波, 赵宇光, 刘雁

1.College of Materials Science and Engineering,Jilin University,Changchun 130022,China;2.College of Mechanical Engineering| Beihua University,Jilin 132021,China

Dry sliding wear behaviors of HT200, unmodified and modified Mg2Si/Al gradient composites against 45 steel under conditions of different loads and sliding speeds have been investigated. The worn surfaces have been analyzed using SEM and EDS techniques. The results show that the modified composite is superior in wear resistance to the unmodified one, because the fined, round and uniformly distributed primary reinforced phase particles of Mg2Si can exert strong load bearing effect, suppress plastic deformation and consequently enhance the adhesive wear resistance. The conjugate friction pair of HT200 and 45 steel exhibits severer wear, whereas the Mg2Si/Al gradient composites have much batter wear resistance than HT200 because of existence of reinforced particles. The wear mechanisms of Mg2Si/Al gradient composites are mainly adhesive wear and abrasive wear.

利用SEM、EDS等技术观察了变质前后的Mg2Si/Al梯度复合材料和HT200的磨损表面，对比研究了3种材料在不同载荷、不同磨损速率情况下与45钢对磨的干滑动磨损行为。结果表明：变质后的初生Mg2Si颗粒细小、圆整、分布更加均匀，能够起到更强的支撑作用，且不易破碎，很大程度上抑制了塑性变形的出现，抗黏着磨损能力有了明显的提高，说明变质后的复合材料具有更高的耐磨性。实验发现，由于HT200和45钢组成共轭摩擦副，磨损严重，加上复合材料增强颗粒的作用，使得复合材料的耐磨性远远高于HT200。Mg2Si/Al梯度复合材料的失效机制主要是黏着磨损和磨粒磨损。

2010

0.0

... 在材料的受力过程中,Mg₂Si增强相易于开裂,复合材料会较早发生断裂,导致复合材料呈现较低的强度和塑性^[4] ...

1972

0.0

... 国内外的研究表明^[5],利用半固态工艺能够制造出组织为非枝晶的镁合金及铝合金,这些材料的力学性能得到了显著提高 ...

... 半固态加工工艺在近几年研究较多,它是一种控制与改变基体和增强相组织特征的有效方法,它使复合材料的基体和增强相呈现非枝晶化(例如球化或椭球化),且分布均匀,在有效改善组织的同时也提高了材料的性能^[5] ...

2011

0.0

... 目前常用的获得半固态组织的方法有机械搅拌^[6]、喷射沉积^[7]、电磁搅拌^[8]、熔体激活^[1,9]、冷斜面^[10]和等温热处理^[11]等 ...

2006

0.0

. 2006, 42(2):158-162 DOI:doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2006.02.010

Grain growth law of semi-solid state TiCp/7075 Al alloy prepared by spray deposition

半固态喷射沉积TiCp/7075铝合金的晶粒长大规律

Liu Hui-min , He Jian-ping , Yang Bin

刘慧敏, 何建平, 杨滨

The grain growth behavior in reactive spray formed TiCP/7075 Al alloy was studied and compared with that of spray formed 7075 Al alloy at semi-solid state. The specimens were heat-treated isothermally at 600℃ for times in the range of 10-60min,then quenched in water. The microstructure of reheated specimens was characterized using OP、SEM and TEM. The grain size was measured using a mean linear intercept method. Results shows that the in-situ TiC particles can effectively retard grain growth, grain growth exponent (n) for Arrhenius equation was increased from 2 to 3, which indicates that the in-situ TiC particles have the significant pinning effect on grain coarsening in the semi-solid state. The analysis also showed that the activation energy for grain growth for the samples with TiC addition was over twice of that for the samples without TiC additions, which made it more difficult for grain.

采用原位反应喷射沉积法制备TiCp/7075半固态铝合金坯料,在600℃保温10-60 min, 研究半固态二次加热过程中合金的晶粒长大规律, 并与喷射沉积7075铝合金进行对比分析. 结果表明, 添加原位TiC颗粒后, 合金的晶粒长大指数由2增加到3, 晶粒长大速率明显减慢. 其原因是添加TiC颗粒后合金晶粒长大激活能增加1倍左右, 使得合金的晶粒长大更加困难, 显示出原位TiC颗粒对喷射沉积7075铝合金的晶粒长大具有显著的抑制作用.

... 目前常用的获得半固态组织的方法有机械搅拌^[6]、喷射沉积^[7]、电磁搅拌^[8]、熔体激活^[1,9]、冷斜面^[10]和等温热处理^[11]等 ...

2000

0.0

. 2000, 36(5):545-549 DOI:doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2000.05.020

Study on forming mechanism of sphere-like #cod#x003b1; phase in microstructure of semisolid hypereutectic Al-Si alloy

半固态过共晶Al-Si合金显微组织中近球形#cod#x003b1;相形成机理的研究

Li Shu-suo , Zhao Ai-min , Mao Wei-min

李树索, 赵爱民, 毛卫民

在电磁搅拌法制备的半固态过共晶Ａｌ－Ｓｉ合金的微观组织中发现了大量的近球形α相, 实验证明, 这种近球形α相是在共晶温度５７５℃以上开始同的. 并且在重新加热至固液两相区５７５－５９０℃内保温一段时间后, 这种近球形α相仍然存在, 理论分析表明, 在电磁电磁搅拌产生的局部微区的高压作用下, 过共晶Ａｌ－Ｓｉ合金熔体中Ａｌ原子偏聚团发生合并、长大而形成α相晶核, 并且α晶核生长在电磁搅拌的作用下成为近球状.

... 目前常用的获得半固态组织的方法有机械搅拌^[6]、喷射沉积^[7]、电磁搅拌^[8]、熔体激活^[1,9]、冷斜面^[10]和等温热处理^[11]等 ...

2011

0.0

... 目前常用的获得半固态组织的方法有机械搅拌^[6]、喷射沉积^[7]、电磁搅拌^[8]、熔体激活^[1,9]、冷斜面^[10]和等温热处理^[11]等 ...

2007

0.0

... 目前常用的获得半固态组织的方法有机械搅拌^[6]、喷射沉积^[7]、电磁搅拌^[8]、熔体激活^[1,9]、冷斜面^[10]和等温热处理^[11]等 ...

2008

0.0

... 目前常用的获得半固态组织的方法有机械搅拌^[6]、喷射沉积^[7]、电磁搅拌^[8]、熔体激活^[1,9]、冷斜面^[10]和等温热处理^[11]等 ...

... -Al晶粒的形状因子先是增加到一个极限数值,然而当温度继续提高时,形状因子却有所降低^[11] ...

1995

0.0

... -Al形状因子和液相含量的影响通常,采用圆整度作为指标来衡量球状颗粒,具体的方法是采用其二维组织作为圆整度的表征,即用形状因子表示球状颗粒的圆整度大小,表达式如下^[12]: ...

... Scheil方程用公式形式解释了此种现象,即在平衡状态下,液相体积分数用下式表示^[12]: ...

1999

0.0

... 这种变化趋势与固相颗粒经过长时间保温后形状发生的变化相似^[13] ...

2008

0.0

. 2008, 28(1):42-44 DOI:doi:10.3870/j.issn.1001-2249.2008.01.015

Effects of hot extrusion on microstructure and mechanical properties of Al-Si alloy

热挤压工艺对Al-Si合金组织和力学性能的影响

Li Rong-de , He Chang-guo , Li Run-xia

李荣徳, 何昌国, 李润霞

阐述了对Al-Si-Cu-Mg合金的热挤压进行的研究,发现热挤压后合金常温抗拉强度最高可以达到296.9 MPa,伸长率可以达到18%以上,力学性能显著提高.Al-Si-Cu-Mg合金经热挤压,共晶硅相和Al2Cu、Mg2Si等第二相由大颗粒状或短棒状被破碎成细小颗粒状,且分布均匀.T6热处理后这些颗粒状硅相棱角消失,表面圆整化,拉伸过程中避免了应力集中的产生,合金的抗拉强度达到了408.0 MPa,伸长率也达到了11.39%.

... 在热挤压条件下,材料三向受压,合金发生塑性流动,较好地消除了空洞类缺陷^[14],有效焊合了材料组织,减少了组织中的局部应力集中以及裂纹源,提高了复合材料的密度 ...