多孔預(yù)制件內(nèi)Al-Cu合金的離心滲流和宏觀偏析研究.pdf

1、金屬基復(fù)合材料（MMCs）相對于其他單一成分材料來說具有較好的比強(qiáng)度、耐磨性、抗疲勞、斷裂等性能，在航空航天、汽車、以及其他工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。壓力浸滲法是制備MMCs中應(yīng)用較為廣泛的方法，離心滲透鑄造是液態(tài)浸滲法的一種，該方法具有余量少、混合均勻等優(yōu)點(diǎn)，并在MMCs 制備中有較好的應(yīng)用發(fā)展前景。離心滲鑄過程涉及到多孔介質(zhì)中的滲流理論，包括多孔介質(zhì)中的多相流動、相變傳熱、傳質(zhì)等問題。多孔介質(zhì)中的多相流動是目前傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)涉及

2、面廣、研究難度大而又具有廣泛工程應(yīng)用背景的重要課題。 本文對Al-4.5％Cu 二元合金在一維直板預(yù)制件模型中的離心滲流過程的滲透動力學(xué)和傳熱、傳質(zhì)過程進(jìn)行了理論分析計(jì)算。得出進(jìn)口合金溫度、預(yù)制件預(yù)熱溫度、孔隙率、離心轉(zhuǎn)速等參數(shù)對復(fù)合鑄錠的溫度、濃度、固相體積分?jǐn)?shù)，壓力等分布影響，并分析了溶質(zhì)銅的分布情況以及對凝固過程宏觀偏析程度的影響。計(jì)算結(jié)果表明，進(jìn)口合金的過熱程度對重熔區(qū)的大小有重要的影響，過熱加劇，重熔區(qū)長度明顯增大；溶

3、質(zhì)富集主要發(fā)生在靠近滲透前沿處，該處共晶區(qū)的平均溶質(zhì)濃度增加導(dǎo)致溶質(zhì)富集；多孔預(yù)制件的孔隙率、預(yù)熱溫度以及離心轉(zhuǎn)速對宏觀偏析的影響程度不同，增大孔隙率、多孔體預(yù)熱溫度有利于降低宏觀偏析程度；離心轉(zhuǎn)速對滲透過程的壓力分布及宏觀偏析的影響也同樣顯著。文中對Al-4.5％Cu 二元合金在Al2O3 多孔預(yù)制件內(nèi)的離心滲透鑄造進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在制備Al-4.5％Cu 二元合金過程中，通過對不同方案樣品的金相顯微組織分析，方案1 較其他兩種方案由

4、更好的組織結(jié)構(gòu)。因此選定第一種熔煉方案，即先熔制成Al、Cu 各50％的中間合金，然后加入剩余基體鋁塊熔煉成Al-4.5％Cu 二元合金鑄錠。在制備Al2O3 預(yù)制件的過程中，通過多次試制總結(jié)出要制作理想的多孔預(yù)制件應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：Al2O3 纖維的研磨過程中，防止其過度粉碎成粉末狀，否則在之后混合成的漿料中，液態(tài)溶劑不易滲出；Al2O3 短纖維與粘結(jié)劑的混合漿料倒入冷壓模具中，應(yīng)待液態(tài)溶劑在纖維漿料中完全滲流完畢后，再進(jìn)行加壓成型，否

5、則內(nèi)部殘留有的熔劑，在預(yù)制件燒結(jié)完成后會形成致密塊狀，而非均勻多孔組織；在預(yù)制件的冷態(tài)成型過程中，應(yīng)控制好成型壓力的大小，避免加壓過大導(dǎo)致孔隙率過小，或壓力過小使得預(yù)制件過分疏松；預(yù)制件冷壓成型后，應(yīng)在自然通風(fēng)處風(fēng)干一段時(shí)間，然后再進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)過程應(yīng)嚴(yán)格遵循燒結(jié)工藝，盡量避免升溫過快，否則容易導(dǎo)致預(yù)制件開裂。選取不同離心轉(zhuǎn)速進(jìn)行Al-4.5％Cu 二元合金在Al2O3 多孔預(yù)制件內(nèi)離心滲鑄實(shí)驗(yàn)。通過對試樣宏觀外貌觀察可發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速過高，