烧结规范对粉末冶金法制备的SiCp／Al复合材料挤压态力学性能的影响

烧结规范对粉末冶金法制备的烧结规范对粉末冶金法制备的SiCpSiCp AlAl复合材料挤压态力复合材料挤压态力 学性能的影响学性能的影响 一f烧结规范对粉末冶金法制备的SiC Ai复合材料挤压态力学性能 的影响贾玉玺 山东工业大学材料科学百翟院 山东济南25OO61 摘 要实验研究了烧结规范对粉末冶金法制备的SiCo Al复合材料挤压 态力学性艟的影响 测定了不同烧结规范下该材料在直接挤压态和 挤压后r6态的力学性能 从而优化了该材料关t词篁圭亟垒 基鱼塾 丛 耋量 垄兰丝鲢中圈分类号 G146 21 TFl24 5文献标识鸸A0 25 5 2o帅 03舢3 02 3Influence ofSintering Processon MechanicalProperties0f丁e f珥 Si AI CompositeProduced byPowder Metallurgyafter Extrudingll 儿A Yu xi College vhterM Scie oe8ndE neering shand Univers ty0fTechnology mn250061 China Al tract The influence ol sintering proce the mechanicalFroperties ofSI AJ positeproduced bYpowder metallurgymethod afterextruding wins tigated the m ha propertiesalter odyextru曲1g aswdl asalter bothextruding andT0heat treatmentwe measuredi n different sinteringDr ess The optimum sinteringpre 鄹obtained asa resultKey woeds sJntering powder metallurgy t maposite extrudi ng mechani calpIq i金属基尤其铝合盒基复合材料 M由于具有高比强度法制 备的 复合材料挤压态力学性能的影响 旨在通高比模量 耐高温 耐磨 损等优良的使用性艟 被普遍认为是一种过试验优化设计该材料的 烧结规范 测定该材料挤压态的力较理想的结构材料 将在未来的 汽车工业 航空工业中得到广泛学性能 为该材料的工程应用提供 详实的工艺数据 的应用 其中 颗粒增强金属基复合材料 Hm口K 更固制造1试验材料及方法 成本低 材料各向同性 可采用传统的塑性加工方法成形 易于批 试验材料为体积分数15 SiC AI复合材料 SiC颗粒的量化生产等 优点而受到特别的重c名义尺寸为141m 基体材料采用工业纯金属元素粉配制 其目前颗粒增强盒属基复合 材料的常用制备方法有粉末冶化学成分列于表lt 试验方法如下盒法 Powder MetallurgyMethod 简写为PM 挤压铸造法裹1基体材料的化学成 分 质量分数 sque簟ingCasting Met 州 和半周态搅溶铸造法 Sent i solid Table1Chemical c0ln 哦 岫n0fthematrix crp0tjngMethod 3种一些公司已摸索出成熟的生产工艺 制备出了S iC或AI n颗粒增强铝合盒基复合材料 且成功地推向市场 但由于增强颗粒与金属基体闻的浸润性较差 比重差异较夫 致使 复合材料内部增强颗粒难以均匀分布并且存在疏松 多孔等缺陷 故对于这些复合材料半成品 一般还需要进行塑性加工I卜 由于挤压时坯料在塑性变形区受到强烈的 二向压应力作用且静水压 力较大 可以有效地防止裂纹源的萌生和裂纹的扩展 有利于发挥 材料的塑性 显著改善其成形性能 故多采用挤压工艺对P砌皿s进 行塑性加工 PM法作为一种比较成熟的PRMMCs锚备工艺 已梭美国铝业公司 DWA 复合材料公司和自橡树实验室等成功地应用于工业化生产 具有广 阔的发展前景 在制粉 混合 制坯 烧结诸工序中 烧结工序是PM工艺的关键 其直接影响PRMM的颗粒粘结度 材料致密度和强韧性 从而直接决 定PRJ的力学性能 本文结合生产实际 采用试验方法 研究烧结规范对PM作者简介贾 玉玺 197O一 男 汉 山东嘉样县人 在读博士 讲师 主要从事叠景基复舍材料的制备与成形研究及快速模其集成制造技 术等方面的工作 已发表论文21篇联系电话 0l 8526436 宅 05 31 2955081 581Ic办 收穰日期19990614 1采用机械混粉 夸压 制坯等工序制备复合材料毛坯 其中 在混粉阶段 采用机械式干混法 混料机转速为46r nf in 六角型混料滚筒半径为75mm 混料时闻为4h 在制坯阶段 为 了将金属粉末表面的氧化膜充分破碎 建立金属粉末间的塑性粘结 和原子扩数结合 并获得尽可能高的致密度以阻止后续烧结过程中 坯料的内部氧化 采用350MPa的压制力 并采用两次加压法 以利 于坯料中的空气排出 2 采用下述4种烧结规范在箱式炉中烧结同一形态的复合材料 夸压 毛坯 580 3h 500 2h 580 lh 5o0 x2h 6oO lh 500 x2h 620 xlh 3 采用如图1所示的热挤压装置按照相同的挤压规范对上述4种烧结 件分别进行挤压加工 其中 挤压温度为540 挤压比为3 5 挤压所用设备为YE100型 液压试验机 挤压速度为0 Olmm s 高温挤压润滑荆由石墨 滑 石粉 铅丹和72号汽缸油组成 4 取所制备的一半复合材料挤压件 直接加工或标准拉伸试件 在 1NSTRON1195电拉试验机上傲室温拉伸试验 测定该材料在直接挤压 态下的室温力学性能 拉伸速度为lmm nf in 盒属热处理 20oo年第3期13自图1复舍材料热挤压试验装置简图 fig lne testequipment extrudingthe sg d aposite athigh t perature i压力传感器2 上垫块3 凸模4凹模5凹模座6电炉7 下垫块8挤压 件9 位移传感器10热电偶 5 取另一半复舍材料挤压件进行固溶和人工时效热处理 即1态热 处理 然后再将T6态挤压件加工成标准拉伸试件 并如上述进行拉 伸试验 测定该材料在挤压后1态下的室温力学性能 2试验结果与分析S巴 AI复合材料在直接挤压态和挤压后T右态的室 温力学性能分别列于表2和表3表2烧结规范对直接挤压态复合材料力 学性能的影响Table2TheinfIII即oe of删ng pl0髑蚰the瑚艘cal plpertj嚣of the 0皿惦after oDly骼删喧表3烧结规范对挤压后态复台材料力学性能的影响Table3 The influm 0f商鲥ng pl0髑011the nHm jcaIprcperti of theposite after的过程 如果采用烧结规范 就会在纯金属元素均匀扩散之前生成第二相c uAb 造成显微组织的不均匀 从而直接影响该材料的各项力学性能 指标 图2Al 相图Flg2AI Cu phasediagram 8 比较烧结规范 所产生的结果可见 采 用烧结规范 即先在500 下预烧2h 再升至600 终烧lh 所制 备的复合材料的直接挤压态和挤压后1态的力学性能都较好这是因为 当烧结温度从580 升至600 时 在复合材料中液相所占比例增大 其措粒子界面的流动性增强 从而破坏覆盖在铝粉表面上的氧化 膜的能力变大 最终形成质点间较强的结舍力以及更均匀的强化结 构 使力学性能指标提高 但是当烧结温度从600 升至620 时 铝舍金晶体的增长速度加快 易于形成粗晶组织 从而降低该材料在室温下的强韧性 尤其对于挤压后T6态的复合材料 其延伸率降低了56 3结论对于以纯金属元素粉为原料采用粉末冶金法制备的S AI复舍 材料 烧结工序宜采用分段式烧结模式 其预烧温度应低于各金属组元同的其晶温度其终烧温度以600 为最 佳 此时该材料在直接挤压态和挤压后2 6态的各项力学性能指标最 高 参考文献 1 赵稼祥 展晓征等先进复音材料及其应用研究的现状与 发展趋势 J 复合材料学报 1993 1o 3 18 22堕 竺 2Fjm1M 一 ca M dd0 R 巳眦nt F圳 Pa一烧培规范O b MP 02 MPa tict rcmforced Md8 rm p si慨 J MetaU Trans 1994 25A 5002 2 1 3 0 3非 连24续20体增强铝基复台材料强化机理与优化设计r nd 一 一 D 博士学位论文 西安西安交通大学 1994 4 周曼蟀 魂建峰等 Abq颗粒增强纯铝基复台材料的研究 J兰兰 二复台材料 学报 1993 10 3 51 56由表 2 表3可见 采用烧结规范 所得到的直接挤压态 1d K w GJ A g凇埘噼M P和挤压后T6态的力学性能明显低于采用烧结规范 三n一 粕一时所得到的相应的力学性能 6 贾玉玺 赵振铎 赵国群 挤压加工对Sj Al复合材料显微组对 于这一现象 可解释如下织的影响J 山东工业大学学报 1998 28 5 431 435由图2铝一铜相图可见 当坯