ZA4_1_ZL102双金属复合材料的挤压铸造研究_汪文杰

称压力最大值为 2 000 kN , 图 3 中 , a)、b)、c)分别 显示了挤压压力分别为 1 200 , 1 600 , 1 760 kN 情
合效果较好 , 通过软件 NIS-Element s-[ live-F ast ] 可以测得渗透的平均距离约 为 11 .9 μm , 如图 2
况下 , Z A4-1/ Z L102 复 合材料 的界 面组织 .图 4 同样是在 1 250 倍的偏光显微镜拍得 , 图 4a)、4b)
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200 ℃、保压时间 10S 时 Z A4-1/ Z L102 的复合界 面组织效果较好 , 此时获得的复合界面的组织有 明显的渗透并且其平均距离约为 13 .4 μm , 为最 佳复合效果 .
参考文献
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如果压力过大 , 就会带来裂纹等缺陷 .当压力不够 软件 NIS-Elements-[ li ve-Fast] 测得其渗透平均
时 , 两种材料的渗透效果不够好 , 所以合理控制挤 距离约为 13 .4 μm , 如图 6 所示 .
表 4 试样的各项参数
图示
a) b) c)
锌合金预热温度/ ℃ 31 0 31 0 31 0
金预热温度较低时 , 复合材料的界面组织渗透达 不到良好的效果 .当挤压压力较小时 , 两种材料无 法渗透或者渗透效果不好 ;当挤压压力过大时 , 又 会带来裂纹等缺陷[ 9] .
在锌合金预热温度约为 320 ℃、挤压压力为 120 t 、铝液浇注温度 约为 700 ℃、模具温度约为
第 6 期
汪文杰 , 等 :ZA 4-1/ Z L102 双金属复合材料的挤压铸造研究
1 600 kN时 , 两种材料的结合处组织只有少量的 渗透现象 , 平均距离约为 4 .6 μm .图 3c)中 , 由于
象较好 .
挤压压力过大造成了组织内部断裂 , 这一缺陷将
2 .2 挤压铸造压力对复合界面组织的影响 实验过程中所采用的四柱式万能液压机的公
对 Z A4-1/ ZL 102 的力学性能带来严重的影响 . 由此可见 , 在挤压铸造工艺下 , 挤压压力同样
参 数 铝液浇注温度/ ℃ 挤压压力/ kN 模具预热温度/ ℃
7 00
1 200
20 0
7 20
1 600
20 0
7 10
1 760
20 0
保压时间/ s 渗透距离 / μm
10
8 .4
9Hale Waihona Puke Baidu
4 .6
9
0
表 5 最佳复合效果图的各参数情况
图示 5
锌合金预热温度/ ℃ 32 0
参 数 铝液浇注温度/ ℃ 挤压压力/ kN 模具预热温度/ ℃
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武汉理工大学学报(交通科学与工程版)
2010 年 第 34 卷
图 3 不同挤压压力下复合材料的结构组织
压压力的值是制备过程 的关键 .压力在 120 t 时 ZA 4-1/Z L 102 复合 材料的界面组 织渗透现 象较 好 , 表 4 是以上几种情况下试样的各项参数值 . 2 .3 最佳复合效果工艺参数的确定
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第 34 卷 第 6 期 2010 年 12 月
武汉理工大学学报(交通科学与工程版)
Jo urnal of Wuhan Universi ty of T echno logy (T ranspo rtation Scie nce & Engineering)
V ol .34 N o .6 Dec .2010
表 1 ZL102 的主要化学成分(质量分数/ %)
合金代号 Z L102
主要化学 成分
Si
Al
10 .0 ～ 13 .0
余量
表 2 ZA4-1 的主要化学成分(质量分数/ %)
合金代号 Z A 4-1
主要化学成分
Al
Cu
Mg
3.5～ 4 .5 0 .75～ 1 .25 0 .03 ～ 0.08
束缚 渗透 到锌合 金组 织中 , 通 过软 件 N IS-Element s-[ live-F ast ] 测 得 渗 透 的 平 均 距 离 约 为
图 3a)所示 , 当挤压压力为 1 200 kN 时 , 椭圆 形处中间的颜色较浅的组织与铝合金和锌合金的
7 .4 μm , 如图 2b)所示 .由此可见 , 在挤压铸造工 组织不一样 , 中间的有一层明显的渗透 , 其渗透距
挤压压力对复合材料的影响 .用固态锌基合金 Z A4-1 与液态铝基 合金 Z L102 进行固-液复 合 , 从而
得到性能更好的复合材料 .在挤压 铸造成 形理论 指导下 , 通 过合理 控制 其参数 设置 , 使 得 ZA 4-1/
Z L102 复合材料的组织更加细密 .铝 合金原 子挣脱 结构内 部的束缚 渗透到 了锌 合金的 组织 中 , 得
改变锌合金的预热温度和挤压压力 , 制得不 同的复合材料试样 .用正置式透反金相显微镜 , 通 过软件 NIS-Elements-[ li ve-Fast] 测得渗透的平 均距离 , 对材料试样进行微观组织分析 .
收稿日期 :2010-08-15 汪文杰(1987- ):男 , 硕士生 , 主要研究领域为机械 CA D/ CA M/ CA E
1 试验材料与方法
1 .1 试验材料 1)铝基合金 本实验采用的铝合金为 ZAl-
Si12 , 其合金代号为 Z L 102 , 主要化学成分如表 1 所列 . 2)锌基合金 试验中复合体采用的是 Z A4-
14Cu1M g 锌基合金 , 化学成分见表 2 .由 于材料 有限 , 本实验中用到了少量其他锌基合金 .
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第 6 期
汪文杰 , 等 :ZA 4-1/ Z L102 双金属复合材料的挤压铸造研究
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2 试验结果与分析
Z L102 合金挤压复合后的组织 .表 3 为试样的各 项参数情况 , 图 2 为通过放大倍数为 1 250 倍的
2 .1 锌合金预热温度对复合界面组织的影响
偏光显微镜(polarizing micro sco pe , PM)拍得 .
如图 1 是 A4-1 合金在不同的预热温度下与
表 3 试样的各项参数情况
图示
a) b) c)
锌合金预热温度/ ℃ 300 ～ 350 250 ～ 300 150 ～ 250
参 数 铝液浇注温度/ ℃ 挤压压力/ kN 模具预热温度/ ℃
7 00
1 200
20 0
7 10
1 200
Zn 余量
1 .2 试验方法 将表面处理过的 ZL 102 合金放入坩 埚电炉
中按正常的操作规程进行熔炼 , 熔炼温度控制在 690 ～ 730 ℃之间 .在四柱式万能液压机上完成挤 压复合的试验 .通电将模具温度加热到 200 ℃;并 将被复合试样(锌合金)预热后置于四柱式万能液 压机的模 具型腔 内 .控制 Z L102 的浇 注温度 在 690 ～ 730 ℃.将熔 炼好的液态的 铝合金浇 注其 中 , 施加一定压力保压 8 ～ 15 s , 然后回程 、开模得 到复合材料 .
艺下 , 锌合金的预热温度对 Z A4-1/ Z L102 复合材 料的渗透距离以及锌合金组织的晶粒细化有重要
离比较大 , 通过软件 NIS-Elem ent s-[ live-F ast] 测 得渗 透的 平 均 距离 约 为 8 .4 μm , 而 当压 力 为
的影响 .预热温度在 300 ～ 350 ℃时锌合金组织的 晶粒细化程度较高 , 复合材料的界面组织渗透现
21 0
7 20
1 200
20 0
保压时间/ s 10 11 11
渗透距离 / μm 11 .9 7 .4 5 .7
图 1 锌 合金在不同预热温度下与铝合金复合后的组织
图 2 渗透平均距离对照图
由图 1 对比可看出 , 预热温度为 300 ～ 350 ℃ 时 , 椭圆形内白色组织处的渗透距离明显要长 , 复
[ 9] 罗继相 .挤压 力对 晶体 生长 速度 及枝 晶间 距的 影响 [ J] .特种铸造及有色合金 , 2002(5):35-37 .
Squeeze Cas ting Research on ZA4-1/ ZL102 Double M etal Com posite M aterials
Luo Jixiang1) Wang Wenjie1) Zhou Li2) (Schoole of Logist ics Engineeri ng , Wuhan Uni versit y of Technolog y , Wuhan 430063 , China)1)
ZA4 -1/Z L102 双金属复合材料的挤压铸造研究
汪文杰1) 罗继相1) 周 丽2)
(武汉理工大学物流工程学院1) 武汉 430063) (杭州易泰达科 技有限公司2) 杭州 310000)
摘要 :研究了 ZA 4-1/ Z L102 双金属复合材料界面的显微组 织 , 挤压 铸造过 程中锌 合金预 热温度和
a)所示 .图 1 c)中的界面处仅呈现一条直线 , 而图 分别对应图 3a)和图 3b)2 个试样 , 图中渗透的平
1 b)中 , ZA4-1 的界面渗透处形成一道不规则的 曲线 , 少量的铝合金原子挣脱了金属内部组织的
均距离也 是通过软 件 NIS-Elements-[ live-F ast ] 测得 .
到一种新型的复合材料 , 实现了在挤压铸造工艺下的双金属复合 .
关键词 :挤压铸造 ;双金属 ;复合材料 ;显微组织
中图法分类号 :T B331
DOI:10 .3963/ j .issn .1006-2823 .2010.06 .000
挤压铸造作为一种精确铸造技术 , 在国内外 稳步发展 , 部分替代了压铸及其他铸造成形技术 , 生产出一系列形状复杂 、力学性能良好的铸件[ 1] . 以金属合金为基体 , 以高强度第二相为增强体而 制得的金属基复合材料 , 具有高比强度 、高比模 量 、耐磨 、耐热 、导热 、低热膨胀系等优良性能 , 作 为先进复合材料将逐步取代部分传统的金属材料 而应用于航天航空 、汽车工业等领域[ 2] .由于在挤 压铸造工艺下 , 固态增强体的预热温度以及挤压 压力的大小将对复合材料的渗透距离以及结合面 的组织都有重要的影响[ 3] .文中研究了固态锌基 合金 ZA 4-1 与液态铝基合金 Z L102 的复 合[ 4-8] , 主要通过改变锌合金的预热温度以及挤压压力的 大小来控制 ZA4-1/Z L 102 双金 属复合材料的结 合界面组织 , 并对材料的显微组织进行了分析和 总结 .
通过多次实验的分析和总结 , 对比不同参数 下的组织图 , 找到相对较好的一组工艺参数 .表 5 所列为最佳复合效果图的各种参数情况 , 在此参
图 4 渗透平均距离对照表
数下所得到的最佳复合效果组织如图 5 所示 .从
对 ZA4-1/Z L 102 复合材料的制备有重要的影响 . 图 5 可见 , 两种材料的界面处有明显的渗透 , 通过
7 00
1 200
20 0
保压时间/ s 渗透距离 / μm
10
13 .4
图 5 最佳复合效果组织图 (M M-40)
3 结 束 语
在挤压铸造工艺下 , 锌合金的预热温度和挤 压压力对 ZA 4-1/Z L 102 复合材 料的渗透距离以 及锌合金组织的晶粒细化有重要的影响 .当锌合
图 6 渗透平均距离图 (PM-1250)