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铝硅合金高温摩擦表层硅相细化和球化研究

作　者: 李慧平
导　师: 卢德宏
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铝硅合金高温摩擦硅相球化细化
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来利用搅拌摩擦焊技术对金属组织进行细化,从而显著提高金属强度和塑性等性能是摩擦金属学发展的新方向,越来越受研究者们的关注。搅拌摩擦焊组织细化的机理是利用热-机械的联合作用通过基体的剧烈塑性变形和剪切作用来实现硬质第二相的细化。基于此,本文利用摩擦现象中的热-机械联合作用对铝硅合金中的硅相实现了细化和球化。为了在摩擦表面形成足够厚的变形层在摩擦前对试样进行了预热处理。论文主要研究了不同的高温摩擦条件下铝硅合金的硅相形态、大小及其变化规律,分析了高温摩擦条件下硅相细化和球化的原因以及高温摩擦的应用一摩擦挤出的初步试验。由此得出了以下结论：高温摩擦试验后,与铸态组织中的硅相相比,不同硅含量(AlSi7、AlSi12、AlSi30)的铝硅合金摩擦表层中硅相颗粒都同时获得了细化和球化,其中三种合金硅相颗粒平均直径分别达到0.89μm、0.98μm和1.05μm,平均球状因子分别达到0.79、0.71和0.67。摩擦时间对高硅铝合金AlSi30高温摩擦表层硅相的影响研究结果表明：在表层细化区硅相直径方面,随着摩擦时间的延长,硅相的直径先急剧减小,在3min时达到最低值0.99μm,然后逐渐变大,在30min时达到最大值1.66μm；在表层细化区硅相球状因子方面,在3min时球化最好,然后球状因子突然下降,最后在非常长的时间内缓慢上升。预热温度对高硅铝合金AlSi30高温摩擦表层硅相的影响研究结果表明：表层细化区硅相平均直径被细化到了0.71～0.87μm,平均球状因子达到0.68～0.77。不同载荷对高硅铝合金AlSi30高温摩擦表层硅相的影响研究结果表明：表层细化区组织不连续,且大载荷比小载荷下的硅相颗粒要稍细小一些,但随着载荷的增大硅相大小变化无明显的规律。此外,为了探讨高温摩擦表面细化层的实际应用,本文设计了一种摩擦挤出的方法,将摩擦表层的细化层通过挤出方式形成型材。试验结果表明：在参数适当的情况下,可以挤出型材。综上所述,本文对铝硅合金高温摩擦表层硅相球化和细化的初步研究表明：高温摩擦技术可以对材料组织进行细化和球化,从而提供了一种硅相细化和球化的新方法,同时在设备和工艺参数适合的条件下,可以利用摩擦挤出的方法将摩擦表层的细化层制备成型材。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-24
  1.1 研究背景及意义  10
  1.2 摩擦学原理  10-11
  1.3 摩擦面附近的应力应变分布及亚表面层的塑性变形  11-12
  1.4 材料摩擦表面的组织和性能  12-16
    1.4.1 表层中组织结构的变化  14-15
    1.4.2 亚表层显微组织与结构的变化  15-16
  1.5 摩擦学研究动态  16
  1.6 铝硅合金简介  16-18
  1.7 硅相形态、大小对铝硅合金性能的影响  18
  1.8 使铝合金中硅相球化和细化的方法及存在的问题  18-22
    1.8.1 变质处理  18-20
    1.8.2 半固态技术  20-21
    1.8.3 剧烈塑性变形(SPD)技术  21
    1.8.4 摩擦搅拌加工技术(FSP)技术  21-22
    1.8.5 球化热处理(SST)  22
    1.8.6 目前铝硅合金中硅相球化和细化的方法中存在的问题  22
  1.9 论文的主要内容  22-24
第二章试验方法  24-33
  2.1 试验原理及装置  24-29
    2.1.1 高温摩擦实验装置  24-27
    2.1.2 摩擦挤出原理及试验设备  27-29
  2.2 试验方案  29-30
    2.2.1 高温摩擦试验方案  29-30
    2.2.2 摩擦挤出试验方案  30
  2.3 试样制备  30-31
    2.3.1 高温摩擦试样  30-31
    2.3.2 摩擦挤出试样  31
  2.4 金相检测及定量金相计算原理  31-33
    2.4.1 金相检测  31-32
    2.4.2 定量金相计算原理  32-33
第三章高温摩擦对铝硅合金硅相细化和球化影响  33-57
  3.1 铝硅合金(ALSI7、ALSI12、ALSI30)高温摩擦组织  33-39
    3.1.1 显微组织及分析  33-37
    3.1.2 定量金相计算  37-39
  3.2 高温摩擦时间对高硅铝合金硅相形态的影响  39-44
    3.2.1 显微组织及分析  39-41
    3.2.2 定量金相计算  41-44
  3.3 不同预热温度对高硅铝合金硅相形态的影响  44-48
    3.3.1 显微组织及分析  44-46
    3.3.2 定量金相计算  46-48
  3.4 施加不同载荷对高硅铝合金硅相形态的影响  48-52
    3.4.1 金相组织及分析  48-51
    3.4.2 产生不连续组织的原因分析  51-52
  3.5 硅相细化和球化原因分析  52-55
    3.5.1 硅相细化原因分析  52-54
    3.5.2 硅相球化原因分析  54-55
  3.6 本章小结  55-57
第四章高温摩擦的应用—摩擦挤压  57-60
  4.1 高硅铝硅合金ALSI30摩擦挤出  57-59
    4.1.1 上模中间开孔摩擦挤出下试样组织  57-58
    4.1.2 上模偏心双孔摩擦挤出组织  58-59
  4.2 本章小节  59-60
第五章结论  60-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
附录  67

铝硅合金高温摩擦表层硅相细化和球化研究

内容摘要

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