快速凝固_粉末冶金_RS_PM_高硅铝合金材料的研究
粉末冶金高速压制技术的原理、特点及其研究进展
粉末冶金高速压制技术的原理、特点及其研究进展粉末冶金高速压制技术是一种重要的金属材料制备技术，它通过高速冲击和压缩粉末颗粒，将其迅速烧结成固体材料。
该技术具有独特的原理和特点，并在过去几十年中得到了广泛的研究和应用。
本文将从原理、特点以及研究进展三个方面对粉末冶金高速压制技术进行深入探讨。
一、原理粉末冶金高速压制技术是通过将金属或合金的粉末颗粒置于模具中，并在极短的时间内施加高压力，使得颗粒之间发生塑性变形和结合。
其主要原理可以归纳为以下几个方面：1.1 高速冲击在高速压制过程中，模具以极快的速度向下运动，使得模具与待加工材料之间产生剧烈碰撞。
这种高速冲击能够使得颗粒之间发生变形，并且加快了结合过程。
1.2 高温效应在高温下进行压制可以提供更好的塑性变形能力，使得粉末颗粒能够更好地结合。
此外，高温还可以促进晶粒的生长和再结晶，进一步提高材料的力学性能。
1.3 界面扩散在高速压制过程中，颗粒之间会发生扩散现象。
界面扩散可以使得颗粒之间的接触面积增大，并且在界面处形成更强的结合。
此外，界面扩散还可以促进晶粒的再结晶和生长。
1.4 塑性变形在高速压制过程中，颗粒会发生塑性变形，并且与周围颗粒发生冷焊接触。
这种塑性变形可以使得颗粒之间产生更强的结合，并且提高材料的密度和力学性能。
二、特点与传统冶金加工方法相比，粉末冶金高速压制技术具有以下几个特点：2.1 高效快速由于采用了高速冲击和压缩技术，这种方法具有快速、高效的特点。
一般情况下，整个过程只需要几十毫秒到几秒钟即可完成。
2.2 高质量由于采用了高温和高压力的条件，粉末冶金高速压制技术可以获得高密度和均匀的材料。
此外，由于塑性变形和界面扩散的作用，材料的结合强度也得到了显著提高。
2.3 复杂形状粉末冶金高速压制技术可以制备各种复杂形状的金属零件。
由于采用了模具，可以根据需要设计出各种形状和尺寸的零件。
2.4 节约能源与传统冶金加工方法相比，粉末冶金高速压制技术具有节约能源的优势。
《快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究》范文
《快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究》篇一快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究一、引言随着现代工业的快速发展，对高性能、高强度的铝合金材料需求日益增加。
其中，5083铝合金因其良好的耐腐蚀性、高强度和优良的加工性能，被广泛应用于航空、船舶、汽车等重要领域。
然而，传统的制备方法往往存在组织不均匀、晶粒粗大等问题，无法满足高端应用的需求。
因此，研究新型的制备技术，如快速凝固/粉末冶金技术，对于制备高性能的5083纳米晶铝合金具有重要意义。
本文将重点探讨快速凝固/粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金的研究。
二、快速凝固/粉末冶金技术概述快速凝固技术是一种通过快速冷却熔融金属来制备非平衡态合金的技术。
而粉末冶金技术则是通过将金属粉末混合、压制、烧结等工艺来制备块体材料。
将这两种技术结合，可以在保持金属粉末良好性能的同时，通过快速凝固技术来细化晶粒，提高合金的性能。
三、实验过程与方法本实验采用快速凝固/粉末冶金技术制备块体5083纳米晶铝合金。
首先，将5083铝合金进行熔炼、雾化成纳米级金属粉末；然后，将金属粉末进行球磨混合，提高其均匀性和纯度；接着，在特定的压制条件下将金属粉末压制成型；最后，通过烧结和退火处理得到块体材料。
在实验过程中，我们采用先进的检测手段对合金的组织结构和性能进行了表征。
如通过X射线衍射技术（XRD）对合金的物相组成进行分析；通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对合金的微观组织进行观察；通过硬度计、拉伸试验机等设备对合金的力学性能进行测试。
四、结果与讨论实验结果表明，采用快速凝固/粉末冶金技术制备的5083纳米晶铝合金具有优异的组织结构和力学性能。
在微观组织方面，合金的晶粒尺寸明显细化，达到了纳米级别；在力学性能方面，合金的硬度、抗拉强度等均得到了显著提高。
此外，我们还发现，通过调整制备过程中的工艺参数，如压制压力、烧结温度等，可以进一步优化合金的组织结构和性能。
快速凝固技术概述
快速凝固技术国内外发展及其应用1.快速凝固技术国内外发展随着对金属凝固技术的重视和深入研究，形成了许多种控制凝固组织的方法，其中快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段，同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域。
快速凝固的概念和技术源于20世纪60年代初Duwez等人的研究，他们发现某些共晶合金在平衡条件下本应生成双相混合物，但当液态合金以足够快的冷却速度凝固合金液滴被气体喷向冷却板时，则可能生成过饱和固溶体、非平衡晶体，更进一步生成非晶体。
上述结果稍后被许多研究结果所证实，而且由此发现一些材料具有超常的性能，如电磁、电热、强度和塑性等方面的性能，出现了用于电工、电子等方面的非晶材料。
20世纪70年代出现了用快速凝固技术处理的晶态材料，80年代人们逐渐把注意力转向各种常规金属材料的快速凝固制备上，90年代大块非晶合金材料的开发与应用取得重大进展。
快速凝固技术是目前冶金工艺和金属材料专业的重要领域，也是研究开发新材料手段。
快速凝固一般指以大于105〜106K/S的冷却速率进行液相凝固成固相，是一种非平衡的凝固过程，通常生成亚稳相（非晶、准晶、微晶和纳米晶），使粉末和材料具有特殊的性能和用途。
由于凝固过程的快冷、起始形核过冷度大生长速率高,使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。
加快冷却速度和凝固速率所起的组织及结构特征可以近似地用图1来表示。
从上图我们不难看出，随着冷却速度的加快，材料的组织及结构发生着显著的变化，可以肯定地说，它也将带来性能上的显著变租1］。
快速凝固技术得到的合金具有超细的晶粒度，无偏析或少偏析的微晶组织，形成新的亚稳相和高的点缺陷密度等与常规合金不同的组织和结构特征。
实现快速凝固的三种途径包括：动力学急冷法；热力学深过冷法；快速定向凝固法。
由于凝固过程的快冷，起始形核过冷度大，生长速率高，使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。
粉末冶金法制备铝基复合材料的研究
粉末冶金法制备铝基复合材料的研究粉末冶金法是一种制备金属基复合材料的有效方法，具有制备的复合材料成分均匀、性能优异、成本低廉等优点。
铝基复合材料作为一种高性能的金属基复合材料，在航空、汽车、机械等领域得到了广泛应用。
本文将围绕粉末冶金法制备铝基复合材料展开，探讨其制备工艺、性能评价、应用领域及未来发展趋势。
粉末冶金法制备铝基复合材料的工艺流程主要包括以下几个步骤：原材料准备：选用纯度较高的铝粉、增强相（如SiC、Al2O3等）及适量的粘结剂。
混合与压制：将原材料按照一定的比例混合，加入适量的润滑剂，然后压制成型。
烧结：将压制成型后的生坯在高温下进行烧结，使得铝粉与增强相充分融合。
热处理：对烧结后的材料进行热处理，以进一步优化材料的性能。
通过以上步骤，制备出具有特定形状和性能的铝基复合材料。
与传统的铸造方法相比，粉末冶金法具有更高的成分均匀性、更细的晶粒结构和更好的力学性能。
铝基复合材料因其具有优异的力学性能、耐腐蚀性和抗高温性能，在航空、汽车、机械等领域得到了广泛应用。
在航空领域，铝基复合材料主要用于制造飞机发动机零部件、机身结构件等。
其轻质高强的特点使得飞机能够减轻重量，提高飞行效率。
在汽车领域，铝基复合材料主要用于制造汽车零部件，如发动机缸体、活塞、齿轮等。
其高强度和抗疲劳性能能够提高汽车的安全性和使用寿命。
在机械领域，铝基复合材料可用于制造各种高强度、轻质的机械零件，如传动轴、支架、齿轮等。
其优良的耐腐蚀性和高温稳定性使得铝基复合材料成为理想的机械零件材料。
铝基复合材料的性能取决于其组成和制备工艺。
在力学方面，粉末冶金法制备的铝基复合材料具有高强度、高硬度、低塑性等特点，其力学性能优于传统铸造铝材。
耐腐蚀性方面，由于增强相的加入，铝基复合材料的耐腐蚀性能得到显著提高。
抗高温性能方面，通过选用合适的增强相和热处理工艺，可以使得铝基复合材料在高温下保持优良的性能。
随着科技的不断发展，粉末冶金法制备铝基复合材料在未来将面临新的挑战和机遇。
铝合金粉末冶金的研究及应用
铝合金粉末冶金的研究及应用随着科技的进步和工业现代化的推进，人们的日常生活中越来越多的物品采用了铝合金材料。
铝合金的优点是轻质、耐腐蚀、抗氧化、导热性好等等。
其中，铝合金粉末冶金技术是制造铝合金物品的重要方法之一。
一、铝合金粉末冶金的概述铝合金粉末冶金（Powder Metallurgy，PM）是一种利用粉状金属制造零部件的工艺技术。
该方法生产的零件密度高、材料均匀，能在铝合金材料的研究和开发中起到重要作用。
铝合金粉末冶金生产过程主要包括烘干、筛选、混合、压制、烧结等多个工序。
其中，为了保证材料的均匀性，混合环节的控制很关键。
同时，烧结工序也是制造高品质铝合金材料的重要工序。
二、铝合金粉末冶金的应用铝合金粉末冶金技术在许多领域中都有广泛的应用。
以下列举一些主要应用：1.汽车制造：铝合金粉末冶金技术生产的零部件密度高、强度大，适合应用于汽车轻质化的要求。
2.航空制造：航空器结构的高温、高强度、高刚性及耐腐蚀等多重特殊要求，铝合金粉末冶金技术生产的材料可以满足这些要求。
3.医疗器械和电子领域：铝合金粉末冶金材料具有良好的生物相容性和振动防护性能，可用于制造人类接触材料，如人工关节、牙科植入物等。
除此之外，铝合金粉末冶金技术在计算机行业、建筑业、船舶制造等领域也有广泛的应用。
三、铝合金粉末冶金技术的发展和前景铝合金粉末冶金技术，在其其他领域的应用得到迅速发展和广泛应用的基础上，其研究和应用也逐步升级。
特别是随着高技术和智能化的应用，国内外铝合金粉末冶金技术也进一步提高和发展，成为新材料和科技的重要领域。
在当前的国际环境下，在“新能源、新技术、新材料”的背景下，铝合金粉末冶金技术发展具有广泛而重要的应用前景。
同时，铝合金粉末冶金技术也将成为我国未来工业发展的重要方向。
总之，铝合金粉末冶金技术的研究和应用在现代工业制造中具有重要意义。
随着科技的不断进步，其应用领域也在不断扩展，为我们的生活和经济发展带来更丰富的选择。
《快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究》范文
《快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究》篇一快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究一、引言铝合金因具有优良的物理和机械性能，被广泛应用于航空、汽车、电子等各个领域。
其中，5083铝合金因其高强度、良好的耐腐蚀性等特性备受关注。
然而，传统的铸造和加工方法在制备5083铝合金时，常常会出现晶粒粗大、力学性能不佳等问题。
近年来，快速凝固/粉末冶金技术因其能够制备出纳米晶结构的材料，成为了制备高性能铝合金的重要方法。
本文旨在研究快速凝固/粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金的工艺及性能。
二、实验材料与方法1. 材料选择实验选用的原材料为高纯度的铝、镁、锰等元素，按照5083铝合金的成分比例进行配比。
2. 快速凝固/粉末冶金工艺(1) 将选定的原材料进行球磨、混合，得到均匀的混合粉末。
(2) 采用气体雾化或激光束等快速凝固技术，将混合粉末迅速冷却至室温，得到过饱和固溶体。
(3) 采用粉末冶金技术，对过饱和固溶体进行热压或热等静压处理，制备出块体5083纳米晶铝合金。
三、实验结果与分析1. 微观结构分析通过透射电子显微镜(TEM)观察发现，采用快速凝固/粉末冶金技术制备的5083纳米晶铝合金具有细小的晶粒结构，晶粒尺寸在纳米级别。
同时，材料中无明显的第二相颗粒或夹杂物，组织均匀。
2. 力学性能测试对制备的块体5083纳米晶铝合金进行拉伸、硬度等力学性能测试发现，其抗拉强度、屈服强度和延伸率等性能指标均优于传统的铸造和加工方法制备的5083铝合金。
这主要得益于快速凝固/粉末冶金技术能够细化晶粒，提高材料的力学性能。
四、讨论与结论通过上述实验结果与分析，我们可以得出以下结论：1. 快速凝固/粉末冶金技术能够有效地制备出块体5083纳米晶铝合金，其晶粒尺寸在纳米级别，组织均匀。
2. 相比传统的铸造和加工方法，采用快速凝固/粉末冶金技术制备的5083纳米晶铝合金具有更高的抗拉强度、屈服强度和延伸率等力学性能。
《快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究》范文
《快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究》篇一快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究一、引言铝合金作为一种轻质、高强度且耐腐蚀的金属材料，在现代工业和科研领域中得到了广泛的应用。
其中，5083铝合金以其优良的机械性能和加工性能，在航空、汽车、船舶等领域具有重要地位。
然而，传统的铸造方法制备的铝合金往往存在晶粒粗大、力学性能不高等问题。
为了解决这些问题，研究者们开始探索新的制备技术，其中快速凝固/粉末冶金技术因其独特的优势受到了广泛的关注。
本文将重点研究快速凝固/粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金的过程及性能特点。
二、研究内容与方法（一）材料与设备本实验所使用的原材料为5083铝合金粉末，设备主要包括快速凝固设备、粉末冶金设备以及相关的检测设备。
（二）实验方法1. 快速凝固制备纳米晶铝合金粉末：通过快速凝固技术，将5083铝合金粉末在高温下进行熔炼，并迅速冷却，得到纳米晶铝合金粉末。
2. 粉末冶金制备块体：将快速凝固得到的纳米晶铝合金粉末进行压制、烧结等处理，得到块体铝合金材料。
（三）研究内容本实验主要研究快速凝固/粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金的工艺过程及性能特点，包括材料的组织结构、力学性能、耐腐蚀性能等。
三、实验结果与分析（一）组织结构分析通过X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对块体5083纳米晶铝合金的组织结构进行分析，发现其晶粒尺寸明显小于传统铸造方法制备的铝合金，具有较高的晶粒密度。
（二）力学性能分析对块体5083纳米晶铝合金进行拉伸、压缩等力学性能测试，发现其具有较高的强度和塑性，与传统铸造方法制备的铝合金相比，具有明显的优势。
（三）耐腐蚀性能分析通过电化学腐蚀等方法对块体5083纳米晶铝合金的耐腐蚀性能进行分析，发现其具有较好的耐腐蚀性能，能够在恶劣的环境中保持良好的性能。
四、讨论与结论（一）讨论快速凝固/粉末冶金技术能够有效地制备出晶粒细小、性能优良的5083纳米晶铝合金。
《2024年快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究》范文
《快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究》篇一快速凝固-粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金研究一、引言铝合金因具有优异的机械性能、加工性能和耐腐蚀性等，在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
5083铝合金作为一种重要的铝合金材料，其具有较高的强度和良好的加工性能，在各种工业领域有着广泛的应用前景。
然而，传统的制备方法在生产5083铝合金时，往往存在组织粗大、性能不均等问题。
因此，研究新的制备方法以提高其性能和微观结构显得尤为重要。
本文将重点研究快速凝固/粉末冶金制备块体5083纳米晶铝合金的方法及其性能特点。
二、快速凝固/粉末冶金制备技术快速凝固技术是一种先进的材料制备技术，其通过快速冷却熔融金属，以获得细小的晶粒组织。
而粉末冶金技术则是一种通过将金属粉末混合、压制、烧结等工艺制备块体材料的方法。
将这两种技术相结合，可以制备出具有优异性能的纳米晶铝合金。
在制备过程中，首先将5083铝合金熔化，然后通过快速凝固技术将其迅速冷却，得到纳米晶铝合金粉末。
接着，通过粉末冶金技术将粉末压制、烧结，最终得到块体纳米晶5083铝合金。
三、实验方法与结果分析1. 实验方法本实验采用快速凝固/粉末冶金技术制备块体5083纳米晶铝合金。
具体步骤包括：熔炼5083铝合金，通过快速凝固技术获得纳米晶铝合金粉末，然后通过粉末冶金技术将粉末压制、烧结，得到块体材料。
在实验过程中，通过调整工艺参数，如熔炼温度、冷却速度、压制压力等，以获得最佳的微观结构和性能。
2. 结果分析通过对制备得到的块体5083纳米晶铝合金进行微观结构和性能分析，发现其具有以下特点：（1）微观结构：块体材料具有细小的晶粒组织，晶粒尺寸达到纳米级别。
这有利于提高材料的力学性能和耐腐蚀性。
（2）力学性能：块体材料的硬度、强度等力学性能得到显著提高。
与传统制备方法相比，其力学性能更优异。
（3）耐腐蚀性：纳米晶结构有利于提高材料的耐腐蚀性。
在腐蚀介质中，块体材料的耐腐蚀性能得到显著提高。
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文章编号:1005-0299(1999)增刊-0041-04快速凝固/粉末冶金(R S /P M )高硅铝合金材料的研究张大童,李元元,周照耀,张 文(华南理工大学机电工程系,广东广州510640)摘 要:采用冷压+热挤压工艺制备快速凝固高硅铝合金材料,并探讨了挤压温度、保温时间、挤压比等工艺参数对材料组织及性能的影响.研究结果表明,与高硅铝合金铸造材料相比,本研究所制的材料硅相尺寸得到了显著细化,且分布更为均匀,材料的抗拉强度和延伸率有明显的提高.采用光学金相显微镜、SEM 、XRD 等手段对快速凝固高硅铝合金粉末及大块材料的微观结构及相组织进行了深入研究.关键词:高硅铝合金;快速凝固;粉末冶金中图分类号:TF123.1 文献标识码:A Study on rapidly solidified RS /PM hyper -eutectic Al -Si alloy materialsZHANG Da -tong ,LI Yuan -yuan ,ZHOU Zhao -yao ,ZHANG Wen(M echanical and Electrical Department ,South China University of Technology ,Guangzhou 510640,China )A bstract :B y employing rapid solidification and powder metallur gy technique ,a ne w hyper eutectic aluminum silicon alloy material was fabricated .The cold c ompact billets were canned then hot extruded .Microstructure and properties of the material were investigated .Experimental results have sho wn that c ompared to the cast alloy ,the strength andplasticity was obviously improved ,and the primar y silicon cr ystal was fined and evenly distributed in aluminum ma -trix .Key words :hypereutectic Al -Si alloy ;rapid solidification ;po wder metallurgy 高硅铝合金具有综合力学性能好,热膨胀系数低,耐磨性能优异等优点,是国内外使用最为广泛的活塞材料之一.硅相的形态、尺寸及分布状况是影响该类材料性能的关键因素.采用熔铸法制备的高硅铝合金材料由于初晶硅相粗大,限制了材料综合性能的提高并使其切削加工性能变差.为了解决上述问题,国内外的材料科技工作者主要从以下几个方面开展研究:(1)合金成分设计;(2)改进材料的变质处理工艺;(3)快速凝固技术的应用;(4)采用新型铸造工艺,如流变铸造.由于变质处理细化硅相颗粒的效果随着Si 含量的提高而降低,故(3)、(4)方面的研究更多,尤其是采用快速凝固技术与粉末冶金技术相结合来制备高硅铝合金材料的研究最受关注.采用快速凝固技术细化硅相尺寸,以进一步提高材料的综合性能(尤其是高温性能),是近年来国内外研究的热点基金项目:国家自然科学基金资助项目(59875019) 第7卷 增刊材 料 科 学 与 工 艺 Vol .7 Sup 1999年 MATERIAL SCIE NCE &TEC HNOLOGY 1999 之一[1～3].本文采用快速凝固和粉末冶金技术相结合的方法制备高硅铝合金材料,并对材料的成形工艺、组织结构及性能特点进行了研究.1 试验方法 采用高压水雾化法制备合金粉末,粉末的化学组成w (B )为28.5%Si ,1.1%Cu ,0.95%Mg ,1.1%Fe ,微量Mn 、Ti 、Ni ,Al 余量.合金粉末的各项性能及微观组织见文献[4].将合金粉末冷压成相对密度为75%～80%的生坯,装入纯铝包套内,除气后将坯料和热挤压模具放入加热炉中加热、保温,加热温度为480～520℃,保温时间0.5～2h ,取出即进行热挤压试验,模具涂以少量机油和石墨混合润滑剂,挤压比为9:1和16:1两种.在带有电子引伸计的C MT5105型万能材料试验机上测量材料的抗拉强度和延伸率,在S -550型扫描电子显微镜下观察拉伸试样的断口形貌.采用TA 公司生产的热分析仪测量材料的线膨胀系数,试验温度范围为20～200℃,加热速率3℃/min .在带有MICRO -DUR OMAT 4000型显微硬度仪的MeF3大型金相显微镜下观察材料的微观组织并测量显微硬度,在D /Max -III A 型X 射线衍射仪上进行材料相结构分析,采用CuK α靶,石墨单色滤片,步长为0.02°.2 试验结果及分析2.1 试验材料的力学性能表1为试验材料的力学性能.表1 试验材料的力学性能Table 1 Mechanical properties of the experim ental materials材料制备工艺σb /MPa δ/%αL (20～200℃)/10-6K -1S1500℃1h ,16:13451.217.0S2500℃1h ,9:12830.9—由表1可见,在加热时间和温度相同的条件下,挤压比高的试验材料的强度和塑性好于挤压比低的材料.对于普通铸造Al -Si 合金而言,随着Si 含量增加,材料的强度和塑性急剧下降[5],对于w (Si )为25%的铸造合金而言,其抗拉强度很难超过200MPa ,塑性也在较低的水平[6],故铸造Al -Si 合金w (Si )通常在20%以下.而本研究中的试验材料尽管w (Si )高达28%,还具有相当好的强度和塑性配合.图1为拉伸试样的断口形貌.图1 拉伸试样断口形貌(a )S1 (b )S2Fig .1 SE M micrographs showing the tensile fracture surface ofthe experimental materials 从材料的断口形貌来看,其断裂方式基本为脆性沿晶断裂.从宏观上来看,材料的宏观断口平直,没有明显的颈缩.裂纹通常是从拉伸试棒表面某个区域产生,然后沿着晶界扩展直至材料断裂.2.2 试验材料的微观组织图2为试验材料1和相同成分的铸造合金·42·材 料 科 学 与 工 艺1999年 (金属型,加P 变质)的光学金相组织.由图2可以看出,试验材料S1的微观组织由呈细小树枝状的α-Al 基体相和细小块状的初晶Si 相组成,基本保留了快速凝固合金粉末的结构特征.初晶Si 相在基体上均匀分布,大小在5～10μm 之间,而在铸造合金中Si 相呈粗大的块状(初晶Si )和针片状(共晶Si ).由此可见,与铸态相比,RS /P M 高硅铝合金硅相的形态、尺寸和分布都得到了明显的改善.值得注意的是,热挤压温度和保温时间对硅相的尺寸有很大的影响,温度过高或保温时间过长,Si 相都会发生长大,从而导致材料力学性能降低.具体关于挤压温度和保温时间对材料微观组织和性能的影响将另文报导.图2 试验材料的光学金相组织(a )S1 (b )as castFig .2 Optical micrographs of the experimental materials2.3 XRD 实验结果图3为试验材料的X 射线衍射试验结果.由图3可见,试验材料S1和S2主要由α-Al 和Si 相组成.图3 试验材料X 射线衍射图谱(a )S1 (b )S2Fig .3 XRD patterns of the experimental materials3 讨论 采用快速凝固技术制备铝合金粉末不可避免地在粉末表面形成一层氧化膜.由于氧化膜的存在,采用普通的粉末冶金工艺使粉末与粉末之间形成冶金粘结非常困难,因此快速凝固铝合金往往需要采用一些特殊的致密化工艺,如粉锻、热等静压、热挤压等等,其中尤以热挤压工艺的研究和应用最为广泛[7].在挤压变形区内强烈的三向压应力作用下,粉末表面氧化膜发生破碎,从而促进粉末颗粒之间形成良好的冶金结合.从图2(a )可以看出,粉末生坯经热挤压后粉末颗粒原始边界(PPB )消失,且已看不到孔隙的存在,形成了接近全致密的材料.在生坯加热条件相同的条件下,挤压比越高,材料的强度、塑性等力学性能指标越高(见表1).这是因为,挤压比越大,粉末颗粒经历的塑性变形越大,大的变形量导致粉末表面氧化膜破碎的程度越大,从而促进了粉末颗粒之间的冶金结合,导致大块材料力学性能的提高.快速凝固铝合金粉末的致密化一方面要使粉末之间形成冶金粘结,另一方面又要尽量使快速凝固材料的微观结构得以保留,这两者是矛盾统一的关系.为了实现粉末的冶金粘结,需要提高致密化温度,以加剧合金元素的相互扩散过程;而温度越高,晶粒的长大倾向、过饱和固溶体中溶质原子的析出倾向越大,保持合金快速凝固的结构特点也就更为困难.从本试验结果来看,粉末生坯在·43· 增 刊张大童,等:快速凝固/粉末冶金(RS /PM )高硅铝合金材料的研究500℃保温1h的工艺较为适宜.试验材料S1与粉末的微观组织相比[4],初晶Si相没有发生明显的长大,当然,在热挤压过程中初晶Si相在很大的应力作用下发生破碎从某种程度上抵消Si相长大的因素也是存在的.快速凝固高硅铝合金的强度比铸造合金要高得多,但其强化机制非常复杂,包括经典的细晶强化、固溶强化以及位错强化、复合强化等强化机制都有可能对材料的强化作出贡献[8].由于快速凝固使初晶Si相以及α-Al树枝晶得到了明显的细化,且大大提高了合金元素在α-Al基体中的溶解度,细晶强化和固溶强化机制是肯定存在的,至于其它几种强化机制则有待进一步深入研究.Si在高硅铝合金主要有两个作用:(1)利用Si 的高硬度提高材料的耐磨性;(2)利用Si的线膨胀系数比Al低得多的特点降低材料的热膨胀系数,从而减小活塞的间隙,降低燃料消耗.材料S1的线膨胀系数为17.0×10-6K-1,效果令人满意.采用快速凝固和粉末冶金相结合的技术路线可制备出综合性能优异的高硅铝合金材料,为下一步采用该材料制造活塞零件奠定了基础.4 结论 (1)采用粉末冶金热挤压技术制备快速凝固高硅铝合金材料,其抗拉强度和延伸率均高于铸造高硅铝合金材料.(2)RS/PM高硅铝合金材料的微观组织由细小的α-Al树枝晶和均匀分布的小块状的Si相组成,与铸造合金相比,Si相的形态、尺寸和分布得到了明显改善.(3)材料的断裂方式为脆性沿晶断裂.参考文献:[1]CHO S S,CHUN B S.Microstructure and mechanicalproperties of rapidly solidified hyper-eutectic Al-Si andAl-Si-Fe alloy[J].Journal of Materials Synthesis andProcessing,1998,6(2):123.[2]GOMES R M,SATO T.Precipitation behavior of P/M hy-pereutectic Al-Si-Cu-Mg alloy containing Fe and Ni[J].JIM,1998,39(3):357.[3]ESTRADA J L,DUSZCZYK J.Characteristics of rapidl ysolidified Al-Si-X 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