原位自生Mg_2Si/Al复合材料组织及力学性能的研究

【摘要】Mg2Si/Al复合材料具有密度低、比模量高、制备工艺简单、成本低廉、资源丰富等优点,在汽车发动机缸套、制动盘等轻量化重要部件的制备应用中具有很好的前景。但目前限制这种材料推广应用的关键是室温脆性,通常A1基体中增强相初生Mg2Si以粗大的板片状存在,且多成尖角状,割裂基体,极大的降低了材料的各种性能,因此,改善增强体的形貌和尺寸成为提高其性能急需解决的问题。本文通过研究不同工艺参数对原位自生15％Mg2Si/Al复合材料组织的影响,探索最佳工艺参数。以及通过添加A1-P中间合金及过量Si对增强相形态加以控制,研究在不同的变质工艺下,对合金的组织及力学性能的影响。研究结果表明：熔体浇注温度和熔体保温时间对Mg2Si/Al复合材料中初生Mg2Si有较大影响,获得良好的Mg2Si颗粒形貌和尺寸的最优工艺为：浇注温度750℃,保温时间为15分钟。过量Si的加入对Mg2Si/Al复合材料的组织和力学性能都有较大的影响。当过量Si含量小于5%时,随着过量Si含量的增加,初生Mg2Si从细小的多边形块状转变为粗大的十字架或枝晶状结构。当过量Si含量大于5%时,随着过量Si含量的增加,粗大的初生Mg2Si树枝状枝晶发生断裂,形成细小的初生Mg2Si颗粒。随着过量Si含量的增加,Al-Mg2Si二元共晶逐渐减少,Al-Mg2Si-Si三元共晶逐渐增多,当过量Si含量达到10%时,AI-Mg2Si二元共晶基本消失。随着过量Si含量的增加,α-Al也不断球化,当过量Si达到8%时,α-A1的形貌接近球形,过量Si继续增加,α-Al开始向枝晶状生长。同时随着过量Si的增加,15％Mg2Si/Al复合材料的抗拉强度和延伸率都有所提高,从原来0%过量Si的172MPa和1.4%提高到10%过量Si的200MPa和3.1%。A1-P中间合金的加入能够明显改善Mg2Si/Al复合材料的组织和力学性能。当Al-P中间合金加入量为2%时,Mg2Si/A1复合材料中初生Mg2Si相由粗大树枝晶转变为细小的多边形状,尺寸从原来的30μm减小到17μm,并且枝晶上的孔洞也消失。共晶Mg2Si也由未加入Al-P中间合金时的纤维状转变为棒状或者点状。当Al-P中间合金加入量为3%时,初生Mg2Si相和共晶Mg2Si相都没有较大的变化。所以Al-P中间合金的最佳加入量为2%。同时,随着Al-P中间合金的加入,Mg2Si/Al复合材料的抗拉强度和延长率都有所提高,从原来未加入A1-P中间合金的200MPa和3%提高到加入量为3%时的225MPa和3.7%。
【作者】廖仲尼；
【导师】陈体军；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】Mg2Si/Al复合材料；原位自生；组织；变质处理；力学性能；

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