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原文传递铝铁双金属铸造工艺及其复合界面的研究

论文题名：	铝铁双金属铸造工艺及其复合界面的研究
关键词：	铝铁双金属;铸造工艺;汽车发动机;缸体用铝合金
摘要：	复合材料由于能将不同材料的优势结合起来，在全球的各个领域都正在发挥着越来越重要的作用;关于复合材料的研究，也吸引着越来越多专家和学者的目光。而双金属复合铸造材料，由于采用铸造方法合成，工艺简单，成本低廉，具有很大的应用前景，但是浇注过程中两种金属接触时间短，降温速度快，严重影响着二者的结合，这也成为制约双金属复合铸造材料生产和应用的瓶颈。因此，如何使双金属铸件具有良好的结合和性能，是本文研究的重点。　　为用铸造方法得到铝铁复合线材，降低铝包钢芯铝绞线的生产成本而设计本实验。自行设计复合铸造模具，在洁净的铁丝表面预先进行热浸镀铝处理一定时间，用出炉温度在800℃的铝液浇注试样，通过金相显微镜和扫描电子显微镜观察发现:铝和铁的界面处形成了宽度为10μm～30μm的结合区域，成分分析结果表明其中铝的质量分数为50.37％，原子分数67.75％。由元素质量分数和相关热力学数据判定结合区主要由Fe2Al5和FeAl构成，其显微硬度值在HV250以上。相同浇注温度下未经热浸镀铝处理得到的试样，通过金相观察、能谱分析和显微硬度测试，证实了铝和铁间形成了宽度为10μm的缝隙。实验结果说明，采用预先浸镀后浇注的工艺可以实现铝和铁的冶金结合，为实现铸造工艺得到铝铁复合线材的构想提供出了初步的支持。　　为增加铝铁之间的扩散，增强双金属铸件的结合而设计实验，将常用合金元素Ni、Cr和Zr以1％-2％的质量分数加入工业纯铝中作为热浸镀熔体，其他实验参数保持不变。经过形貌观察、成分分析和性能测试，三种元素都极大得提高了铝铁原子的扩散，结合层宽度明显增加，达200-400μm;并且结合区由FeAl、Fe2Al5、FeAl3等多种相构成;另外，Fe通过长程扩散和Al原子形成金属间化合物在Al基体中析出，在加入Cr的试样中，球状弥散分布的新相对材料性能有积极作用。而加入的微量合金元素并不影响其导电性，并提高了耐蚀性。　　为解决汽车发动机缸体用铝合金强度和耐磨性不足的问题，设计实验进行汽车发动机缸体用双金属复合材料。将经过表面清洁处理的灰铁250在ZL101A铝合金熔体中进行热浸镀处理，控制热浸镀时间，分别控制热浸镀时间为5min，10min，15min和20min进行热浸镀处理，然后用出炉温度在750℃的ZL101A铝合金浇注试样，取样后在金相显微镜和扫描电子显微镜下进行微观组织观察，发现随温度的升高和时间的增长，两种合金的结合区域从无到有，过渡区域宽度逐渐增加，从20μm到70μm。实验结果表明，热浸镀时间和温度是影响试样结合质量的关键。　　利用500℃固溶4小时+200℃时效处理6小时的工艺对所得铸件进行热处理。结果表明，热处理后铝铁复合铸件过渡区明显变宽，特别是加入Cr后热浸镀的试样，过渡区变得均匀平缓，宽度能达到数百微米，而弥散分布的球状Fe-Al相可延伸1mm左右，甚至肉眼可见。但对于HT250和ZL101A双金属复合铸件的结合区影响不大。
作者：	李文钊
专业：	材料工程
导师：	边秀房
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文