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激光加工情況下的大口徑鋁管分析 

高硅鋁合金的耐磨性好，強度高，密度低，熱膨脹系數(shù)小。但用常規(guī)的鑄造方法制備的高硅鋁合金，由于形成粗大針狀或片狀多角形Si相，使其塑性和加工性急劇惡化，嚴(yán)重?fù)p害合金的力學(xué)性能。盡管采用變質(zhì)處理、合金化以及精密鑄造等工藝對改善合金的性能有一定的作用， 但不能從根本上改變其組織粗大的缺點，因此其應(yīng)用受到一定程度的限制。利用多層噴射沉積技術(shù)的高冷速(可達(dá)10~4K/s)，可顯著改善Al-Si合金的顯微組織、減少偏析、提高合金固溶度等，使合金性能得以大幅度提高，擴大其應(yīng)用范圍。 本文對多層噴射沉積技術(shù)的制備高硅鋁合金過程、原理及隨后的熱擠壓、熱處理工藝進(jìn)行了研究，得出了以下結(jié)論。 一、研究了多層噴射沉積技術(shù)制備板坯、管坯及錠坯的成形性。

大口徑鋁管結(jié)果表明，制備板坯，當(dāng)ω_V/ω_X值越大時，單層軌跡就越復(fù)雜且不易重復(fù)，有利于板坯的均勻性；制備管坯時，合理控制漏包運動速度、基底的旋轉(zhuǎn)速度及基底的下降速度之間的匹配，能制備出成形性較好的管坯；制備錠坯時，通過沉積器偏心、改變傾斜角度以及配合適當(dāng)?shù)男�轉(zhuǎn)和下降速度，可以得到形狀較好的沉積錠坯，從而大幅度地提高材料的利用率，同時可實現(xiàn)對沉積錠坯的形狀控制。通過對多層噴射沉積原理及工藝參數(shù)的研究，得出制備Al-22Si-3Cu-1Mg合金的最佳工藝參數(shù)為：噴射高度為220mm-230mm，基底轉(zhuǎn)速為120rpm，霧化器掃描速度為30mm/s，基底下降轉(zhuǎn)速依據(jù)噴射情況由智能控制器進(jìn)行實時調(diào)整，噴射角度為30°，初始偏心距為30mm，導(dǎo)流管直徑為3.6mm，霧化氣壓為1.0MPa。多層噴射沉積高硅鋁合金的顯微組織由α-Al基體，初晶硅及孔隙組成。由于該工藝的冷卻速度較高，初晶硅十分細(xì)小且分布均勻，平均粒徑為1.04Mm左右。制備合金的致密度在85-90％之間，比傳統(tǒng)的噴射沉積稍低。有待于進(jìn)一步的致密化。 二、多層噴射沉積過共晶A1-Si合金的室溫強度與擠壓溫度和擠壓比有關(guān)，擠壓溫度越高，合金的強度會降低。而合金的延伸率則對這兩個因素不是很敏感。因此，可以在不犧牲延伸率的情況下洚低擠壓溫度而提高合金的性能。該合金的最佳擠壓工藝參數(shù)為，擠壓溫度為375-400℃，擠壓比為25:1。 三、利用正交方法研究多層噴射沉積A1，22Si-3Cu-Mg合金的熱處理工藝，得出合金的最佳熱處理工藝為470℃固溶保溫1.5小時，然后在120℃溫度條件下進(jìn)行人工時效。合金沉淀析出相為Mg_2Si、Al_2Cu及Al_2CuMe。 一 合金時效強化曲線呈現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)�？赡苁�合金時效過程中，MgZSi首先析 出，然后再析出川2C2及川2C2＊ 的緣故。

大口徑鋁管多層噴射沉積A卜S一CZ－Mg合 金的峰時效時間較鑄態(tài)合金提前約6 小時，峰值強度為420MPa， as＝361．OMPa，8二2二％。多層噴射沉積鋁備的A122Si－3Cu－Mg合金的力學(xué) 性能為，a。二325MPa，as＝307．SMPa，5＝3．2％，明顯優(yōu)于鑄態(tài)合金， ah＝125．IMPa，as＝116。3MPa，卜1．1％。合金基體及初晶硅的細(xì)化是導(dǎo)致合 金強度提高的主要原因，同時基體與初晶“結(jié)合強度的提高，St粒子彌 散分布使得基體塑性得到充分發(fā)揮，合金延伸率提高。合金熱處理前后的 斷裂機制是不同的，擠壓態(tài)裂紋主要來源于大塊初晶引顆粒的脆性斷裂； 也有部分來源于出相與基體結(jié)合處，斷裂以穿晶方式發(fā)生的，其斷口凹凸 不平，并有大量由小解離平臺組成的韌窩和杯錐狀突起；熱處理后由于加 強了原始顆粒界面的結(jié)合，因此裂紋主要來源于初晶 引 與基體界面的開 裂；斷裂主要由初晶引與基體分離以及原始顆粒界面分離造成的，斷口具 有較大韌窩特征，表明此時合金的斷裂呈韌性斷裂特征。

大口徑鋁管多層噴射沉積工藝制備的門《 大口徑鋁管合金具有優(yōu)良的室溫及高溫耐磨 性能（室溫時磨損量為5．Zms／s，摩擦系數(shù)為0．35；300C時磨損量為6．sins／s， 摩擦系數(shù)為0．65），較同成分的鑄造合金有顯著提高（室溫時磨損量為 12．4mg八，摩擦系數(shù)為0．48；而300aC時磨損量為14．Zing兒，摩擦系數(shù)為 0．72），其室溫磨損機制以磨粒磨損為主。200C時，合金磨損機制完全轉(zhuǎn) 為粘著磨損。