一種鋁基復(fù)合材料時效特性的研究終稿畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-16 00:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 83。15161717192425參考文獻(xiàn)26致謝27第一章 緒論鋁是地球上儲量最多的金屬材料，在地殼中的含量高于鐵。且鋁具有一系列優(yōu)良的特性，如密度小，；表面生成致密的氧化膜阻止基體與氧反應(yīng)，所以具有良好的耐蝕性；良好的塑性和加工性能；良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性；良好的耐低溫性能，鋁在溫度低時，它的強(qiáng)度反而增加但脆性不增加。但由于工業(yè)純鋁的強(qiáng)度太低（σb=90~120MPa）[1]，不能作為工程結(jié)構(gòu)材料使用，因而發(fā)展了鋁合金。將某些合金元素加入鋁中，形成各種成分的鋁合金，使鋁合金化，從而大幅度提高其強(qiáng)度，獲得符合構(gòu)件要求的性能。鋁合金中常加入的主加元素主要有銅、鎂、硅、鋅、錳、鋰，輔加的微量元素有鈦、釩、硼、鎳、鉻稀土元素等，雜質(zhì)元素有鐵等[2]。鋁及其合金在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用量僅次于鋼鐵材料，在航天航空、機(jī)械、船舶、電子、電力、汽車、建筑和日用生活等各個領(lǐng)域具有廣泛的用途。 合金成分優(yōu)化是獲得高強(qiáng)高韌鑄造鋁合金的重要途徑之一[3]。通過研究各微量元素對鋁合金鑄造性能和力學(xué)性能的影響，優(yōu)化合金化元素含量，通過熱處理增強(qiáng)固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化的作用，從而使合金的力學(xué)性能得到較大幅度提高。合金化元素主要為Cu、Mg、Mn、Si和Zn等，其中Si和Cu是所有的過共晶鋁合金系中通常所使用的重要合金元素，一般來說，Si用來提高合金的流動性和充型性，硬度、低溫延展性和表面耐磨性。Cu主要是起到提高抗拉強(qiáng)度的作用。鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類，又可分為不可熱處理強(qiáng)化鋁合金和可熱處理強(qiáng)化鋁合金。鑄造鋁合金是為生產(chǎn)鑄件的鋁合金，因此，對鑄造鋁合金要求，要有好的流動性能、鑄造性能、充型性能和力學(xué)性能。對于鋁的合金化，首先，合金元素與鋁合金均形成有限固溶體，主要的合金元素在鋁中的溶解度非常有限，其次，由于加入合金元素的量較多時，對鋁合金的一些性能并沒有太大改善，為此，鑄造鋁合金中所加合金元素一般種類較多。合金組織中有較多的共晶體，能獲得好的鑄造性能，適用于鑄造零件。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、比剛度、抗疲勞、低的線膨脹系數(shù)、高微屈服強(qiáng)度、良好的尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性等優(yōu)異的力學(xué)性能和物理性能，可廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、汽車、電子、體育運動等領(lǐng)域，例如用于航天器的零部件、飛機(jī)上的電子設(shè)備、飛機(jī)蒙皮、導(dǎo)彈蒙皮、翼片、微波波導(dǎo)管、散熱器、網(wǎng)球拍、高爾夫球頭、自行車框架、望遠(yuǎn)鏡、剎車片等[4]。從上世紀(jì)80年代初開始，世界各國競相研究開發(fā)這類材料，對材料的成分、制備工藝、熱處理、微觀組織、性能等進(jìn)行了許多探索與科研，獲得的成果也是非常顯著的。如今，面對著節(jié)能減排，能源的不足，各種各樣對材料性能要求提高的呼聲已日益增強(qiáng)。因此，各國都相繼投入了大量的人力和財力提高增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用，在歐美及另外一些發(fā)達(dá)國家，一些復(fù)合材料已經(jīng)被應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域。近年來，一些發(fā)達(dá)國家中涌現(xiàn)出了一批生產(chǎn)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的專業(yè)公司并已形成較大的生產(chǎn)規(guī)模，如英國Osprey公司在90年代初已達(dá)到共噴沉積200t的水平，粉末冶金法的生產(chǎn)規(guī)模也達(dá)到年產(chǎn)20t的水平，Alcan公司在加拿大建立了用攪拌熔鑄法制造顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工廠，年產(chǎn)量達(dá)10000t。到了90年代末，國外又出現(xiàn)了從事顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料生產(chǎn)開發(fā)的公司，早在60年代初期，對鋁基復(fù)合材料就有了一定的研究。初期對鋁合金的研究主要是針對鋁合金基體和增強(qiáng)顆粒、增強(qiáng)纖維的復(fù)合，研究材料各方面的性能。國內(nèi)開始研究顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是在上世紀(jì)80年代，在“863”國策的支持下，在全國各有關(guān)單位的共同努力下，我國的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究水平獲得了很大的提高。在研究材料的組織性能方面已接近世界先進(jìn)水平，并且已基本掌握了粉末冶金、攪拌鑄造、壓力鑄造、共噴沉積等4 種主要的材料制備技術(shù)。而從事這一技術(shù)的科研單位主要有北京有色金屬研究總所、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。“九五”以來，我國自行開發(fā)出了國外應(yīng)用較多的機(jī)械合金化粉末冶金制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的技術(shù)，通過增強(qiáng)顆粒碎化和表面處理，以及優(yōu)化增強(qiáng)體分布均勻性和界面結(jié)合，制備出了含有超細(xì)力度增強(qiáng)體的高性能復(fù)合材料，材料性能水平已達(dá)到國際先進(jìn)水平，并具備年產(chǎn)2t的生產(chǎn)能力，大大促進(jìn)了我國顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的發(fā)展[5]。對于顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料早已有相關(guān)的研究，承受載荷的主要是基體，由于小顆粒的存在，阻礙了基體中位錯的運動，如Orowan 機(jī)制中講到的，小顆粒通過切過和繞過這兩種機(jī)制形成類似于彌散強(qiáng)化來使基體強(qiáng)度提高。但研究發(fā)現(xiàn)這種強(qiáng)化的效果有限，鋁合金硬度大幅度的提高不能解釋。影響顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料組織和性能的因素有很多，例如合金的成分，增強(qiáng)材料的形狀、尺寸及體積分?jǐn)?shù)，晶粒度和熱處理工藝等，根據(jù)研究表明，熱處理工藝對其性能的影響是尤為明顯的。雖然鋁基復(fù)合材料具有很多優(yōu)良的性能，但為使其在具有更佳的性能的同時減少資源的消耗及經(jīng)濟(jì)高效顯得尤為重要，正確選擇和采用合適的熱處理工藝能使公司處于有力的競爭位置，節(jié)能環(huán)保，合理的配置資源，從資源密集型向科技創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變，提倡和積極響應(yīng)國家號召?；跓崽幚砉に噮?shù)的改變對顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料性能影響的研究報導(dǎo)不是很多，應(yīng)用不是很完善，我們?nèi)孕枰幌盗械脑囼炑芯?。而鑄造鋁合金是鋁合金中的一個大類，雖然中國的鋁企業(yè)很多，大型的卻很少，并且在生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量上
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