攪拌摩擦加工制備SiCp-鋁基復(fù)合材料中增強相分布均勻性研究.pdf

1、鋁合金本身耐磨損性較差、硬度低等特點限制了其應(yīng)用范圍，而鋁基復(fù)合材料不僅保持了鋁合金基本的優(yōu)良性能而且在其基礎(chǔ)上使性能提高。攪拌摩擦加工技術(shù)制備SiCp/AL基復(fù)合材料以其獨特的優(yōu)勢備受關(guān)注，但由于增強相本身易于團聚、與基體結(jié)合能力較差等缺點，使其應(yīng)用受到限制。因此本文主要研究了不同工藝參數(shù)下，復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)和增強相分布均勻性，討論了均勻性與性能的關(guān)系，并通過數(shù)值模擬分析了攪拌摩擦加工過程中的溫度場、流場以及增強相粒子流動。本文

2、改變的工藝的參數(shù)主要包括增強相粒徑大小、加工道次、開槽位置、加工及旋轉(zhuǎn)方向、攪拌頭形狀等，實驗結(jié)果表明：
　　不同的顆粒大小對應(yīng)不同的庫侖力，在一定范圍內(nèi)顆粒直徑越大分散性越好；攪拌摩擦加工過程中塑性金屬和增強相顆粒在攪拌頭多次強烈的機械攪拌、擠壓作用下變形、破碎、混合，塑性金屬的變形抗力降低，塑性金屬包裹 SiCp流動性增強，經(jīng)過3道次攪拌摩擦加工，SiCp充分地與基體結(jié)合，并最終均勻彌散分布在基體金屬中；開槽位置影響了增強相顆

3、粒與軸肩和攪拌針熱和力的作用時間，通過橫截面和水平面顆粒分布情況并結(jié)合定量計算得到，前進側(cè)開槽位置SiC顆粒分布最為均勻，中間開槽位置次之，后退側(cè)開槽位置最差；旋轉(zhuǎn)方向或加工方向改變均能使加工區(qū)域面積擴大，增強相分布均勻性增強，但旋轉(zhuǎn)方向引起的前進側(cè)和后退側(cè)位置的變化帶來的增強相顆粒分布更加均勻；軸肩與攪拌針的比例略小于3:1利于顆粒均勻分布，對于不同形狀的攪拌針，螺紋形的攪拌頭由于其特殊的構(gòu)造使得塑性金屬的流動更加劇烈，顆粒分布相對更

4、加均勻。攪拌中心區(qū)和軸肩區(qū)硬度較為均勻，主要集中在72 Hv左右，而母材硬度為44 Hv-48 Hv，攪拌摩擦加工區(qū)域顯微硬度較母材明顯提高。隨著攪拌摩擦加工道次的增強，復(fù)合材料的顯微硬度、屈服強度和抗拉強度均升高，但拉伸性能仍低于基體材料。
　　通過ANSYS-FLUENT二次開發(fā)并對攪拌摩擦加工過程進行模擬，結(jié)果表明：攪拌摩擦加工的主要產(chǎn)熱區(qū)域為攪拌頭軸肩，遠離攪拌頭的區(qū)域溫度降低，溫度場關(guān)于加工中心線并不對稱，前進側(cè)的溫度高