Al-Cu-Fe准晶颗粒的制备及其对ZL101合金的强化

铝硅合金具有耐磨、抗疲劳以及良好的铸造性能，以高强度、轻质量等优点常广泛应用于航空航天、汽车等行业，但同时其初生Al相结构粗大，共晶Si组织严重割裂基体熔液，这些特征影响着合金的力学性能以及切削加工性，因此传统的Al-Si合金已经很难满足市场发展的需要。准晶作为一种新兴材料，具有硬度高、耐热、表面能低等良好的综合性能，使其成为Al-Si基体的一种理想的强化相。本文正是基于准晶材料增强Al-Si复合材料的设想，设计了一种新型的铝基复合材料。一方面扩大了准晶的应用范畴，另一个方面改善了Al-Si合金的综合性能。本文采用普通铸造的方法制备出Al63Cu25Fe12中间合金，采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM），X射线衍射仪（XRD）以及能谱分析仪（EDS）分别研究冷却速度以及热处理对合金微观组织以及相变化的影响，之后将经过热处理的Al63Cu25Fe12准晶球磨，选取100~200目的准晶粉末采用半固态加入法以及分阶段搅拌法将其加入ZL101合金中。研究准晶颗粒对ZL101基体组织和性能的影响，以及研究挤压压力、浇注温度的不同对复合材料的影响。选取挤压压力、浇注温度最优组合的铸锭进行热处理，研究热处理工艺对复合材料微观组织和性能的影响。试验表明，采用常规铸造法制备的Al63Cu25Fe12中间合金在铸态下得到的组织是多样的结构，主要由单斜相λ、准晶I相、简立方结构β相以及其他类似相组成。冷却速度对铸态下Al63Cu25Fe12准晶合金的组织以及准晶相的含量有重要的影响，当冷却速度较慢时准晶相的含量较多，且准晶合金在热处理之后合金有向单一准晶相变化的趋势。将Al63Cu25Fe12准晶颗粒采用搅拌铸造的方法加入ZL101合金中，结果表明，加入准晶颗粒之后，初生α-Al由板条状变为蔷薇状，细长针状的共晶Si被打断呈现较短的组织且分布均匀。复合材料的抗拉强度、伸长率、硬度分别为189MPa、3.7%、62.2HB相对于基体合金提高16.7%、15.6%、21.48%。当挤压压力为100MPa，浇注温度为720℃时合金的力学性能最优。通过对铝基复合材料的微观断口分析可知其主要为准解理断裂。研究热处理态的复合材料表明，热处理对初生α-Al的微观组织影响较小，对共晶Si的组织影响较大，外观形貌由针状变为球状或者椭球状。热处理之后复合材料的力学性能有很大的提高，其抗拉强度由铸态的230MPa提高到308MPa，提升了34.6%；硬度74.5HB提高到110.4HB，提升了48.2%，伸长率由8.4%提高到10.5%。