鋁硅合金快速凝固霧化工藝及粉體特性的研究.pdf

1、隨著汽車(chē)、摩托車(chē)工業(yè)、航空航天業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵部件一活塞的要求越來(lái)越高。目前具有優(yōu)異的耐磨性、低的熱膨脹系數(shù)以及優(yōu)良的鑄造性能和焊接性能的過(guò)共晶鋁硅合會(huì)普遍用來(lái)作為活塞材料。傳統(tǒng)鑄造工藝的過(guò)共晶鋁硅合金其鑄態(tài)組織主要由大塊初晶硅和共晶體組成。在過(guò)共晶鋁硅合金中初晶硅相的大小很大程度上決定了過(guò)共晶鋁硅合金的力學(xué)性能。所以，細(xì)化初晶硅相是改善過(guò)共晶鋁硅合金性能的有效方法。傳統(tǒng)的鑄造工藝是通過(guò)變質(zhì)處理來(lái)細(xì)化初晶硅相，但是這種處理

2、工藝因無(wú)法使硅相質(zhì)點(diǎn)細(xì)化到微米級(jí)，而應(yīng)用受到限制。所以，必須探索一種新的快速凝固工藝，賦予過(guò)共晶鋁硅合金更細(xì)的組織，以獲得更優(yōu)異的性能。 本論文采用了快速凝固方法中的氣體霧化法，以空氣為霧化介質(zhì)，自行設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)霧化實(shí)驗(yàn)裝置，采用正交試驗(yàn)，系統(tǒng)地開(kāi)展霧化制粉工藝及其對(duì)霧化粉體的特性影響規(guī)律的研究。并考察了粉體顆粒形狀、分布和顯微組織，討論了霧化粉體的形成機(jī)制，取得了如下結(jié)果： 1.噴嘴間隙δ是影響霧化效果的顯著因子。隨

3、著δ的減小，粉體平均粒度明顯細(xì)化。并且，粉體的≤90.5μm的粉末總含量逐漸變多。但過(guò)窄的間隙由于使氣流阻力加大，嚴(yán)重影響了噴霧氣體的流量，而使液體會(huì)屬碎化動(dòng)量減小，從而，使液滴的粘附嚴(yán)重，不利于金屬液的碎化。 2.氣體流量Q是影響霧化效果的第二顯著因子。氣體流量的增大有利于霧化效果，粉體平均粒度減小，而細(xì)粉總含量增多；另外，粉體粒度隨著金屬液過(guò)熱度的增加(從20-220℃)，先是減小而后增大。在170℃時(shí)達(dá)到最小值，細(xì)粉產(chǎn)出率

4、也是最大；粉體粒度在噴嘴角度小于45°范圍內(nèi)，隨角度增大而減小。當(dāng)其達(dá)到45°時(shí)，發(fā)生倒噴現(xiàn)象。 3.霧化試驗(yàn)的最佳工藝參數(shù)為：最佳的噴嘴間隙為0.55mm、較佳的氣體流量取本實(shí)驗(yàn)所能達(dá)到的最大值(34m3/h)、最佳的噴嘴角度為30°、霧化合金的過(guò)熱度以170℃為宜。 4.相同條件下，合金，隨其含硅量的增大，粘度下降，霧化粉體的質(zhì)量改善。實(shí)驗(yàn)中，A390粉末的平均粒度最小。共晶合金次之，純鋁的平均粒度最大。而當(dāng)Si含量

5、大于18％時(shí)，流動(dòng)性下降，霧化效果變差，Al-30％Si合會(huì)的平均粒度明顯大于A390合金。 5.霧化粉體的最細(xì)顆粒的微觀組織中發(fā)現(xiàn)，極高的冷卻速率使共晶合金及過(guò)共晶鋁硅合金中出現(xiàn)了樹(shù)枝狀初生α(Al)組織；在Al-30％Si粉體最細(xì)顆粒的組織中出現(xiàn)了沒(méi)有初生硅相的非平衡(α+Si)共晶組織。高冷卻速率使合金在極度偏離平衡的條件下凝固，組織發(fā)生了對(duì)平衡極度偏離的變化。 6.粉體的微觀組織中初生Si相的尺寸與粉末微粒的粒度

6、呈近似線性反比關(guān)系。這與微粒的冷卻速度隨微粒的尺寸減小而增大有關(guān)。霧化工藝中一些參數(shù)如氣體流量、過(guò)熱度等因素，通過(guò)其對(duì)霧化液滴的碎化及冷卻的影響而產(chǎn)生了對(duì)組織中的硅相尺寸的影響。 7.微粒的冷卻速度與微粒的半徑成線性反比關(guān)系：v=0.366/r(K/s)。 8.鋁硅合金液霧化形成的粉體形態(tài)呈五花八門(mén)的長(zhǎng)棒狀和不規(guī)則形狀，少數(shù)顆粒呈球形或類(lèi)球形特征。霧化過(guò)程中動(dòng)態(tài)的能量交換引起的合金液滴液態(tài)保持時(shí)間和其凝固時(shí)間的相對(duì)長(zhǎng)短的