【摘 要】
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高硅铝合金具有较高的耐磨性和低的热膨胀性能,是非常具有应用潜力的结构功能一体化材料。然而,常规制备工艺无法解决硅相粗大问题,使合金的力学性能十分低下,严重制约了该类
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高硅铝合金具有较高的耐磨性和低的热膨胀性能,是非常具有应用潜力的结构功能一体化材料。然而,常规制备工艺无法解决硅相粗大问题,使合金的力学性能十分低下,严重制约了该类合金的应用。半固态成形技术可以通过制坯过程实现对合金熔体的搅拌处理,成形过程中还可以实现先析出相的破碎细化,使制件获得良好的组织形态和较高的力学性能;而且,该技术过程成本远低于喷射沉积快凝技术。为此,本文以Al-20Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg合金为研究对象,对半固态触变成形过程的各个阶段进行了模拟与实验研究,分析了半固态成形工艺对合金组织的影响,并探讨了影响第二相破碎细化的主要因素。利用DEFORM-3D计算机模拟软件,对Al-20Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg合金半固态挤压过程进行模拟。分析了坯料形状、变形温度、摩擦和挤压比对变形中的等效应变、等效应力以及挤压力的影响。通过模拟结果综合分析,得出Al-20Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg合金材料在580℃、保温40min、摩擦因子为0.2时,塑性良好、变形均匀、破碎最有利。以此为依据,对比优化了半固态成形工艺和模具系统。试验结果表明:Al-20Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg合金电磁搅拌后,合金的片状共晶硅相断裂、长度减小,分布也更加均匀;在半固态成形后,组织发生了显著的变化,粗大的片状和针状初生相消失,尖角钝化,形成较为圆整的近粒状相,尺寸减小;共晶Si相变得细小而且均匀,且圆整化;随着挤压比的增大,第二相破碎效果越好,分布越均匀。与此同时,试验结果验证了模拟结果与实际的相符性。半固态成形使Al-20Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg合金的力学性能得到大幅度提高,最大抗拉强度达到了251MPa,比铸态提高了128.2%;伸长率达到了1.4%,比铸态提高了180%。
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