碳化硅增强铝基复合材料结构组织

时间：2017-02-21 作者：91再生 来源：91再生网

　　碳化硅增强铝基复合材料中的碳化硅废料硬度约为Hv2700。并且碳化硅废料的含量越高，材料就会更硬而且变脆，机加工的难度则会增大。用一般传统的机械加工方法很容易使铝合金基体局部熔化，生成积屑瘤，并使刀具磨损变钝，造成粗糙度下降，相应的形位公差也就很难保证传统机械加工用的硬质合金刀具硬度一般在HV1700左右，虽然比碳化硅废料硬度低了许多，还是可以用于碳化硅（Si蛛/Al含量20%）铝基复合材料的粗加工但要完成对碳化硅（Si蛛/AI含量20%）铝基复合材料进行精加工的切削就比较困难。零件的坯件，是采用碳化硅（si叽/Al含量20%）铝基复合材料熔模精铸制造的坯件表面比较粗糙，碳化硅硬质点分布不太均匀，切削时会引起振动影响加工中对尺寸的有效控制，并且摩擦热对刀具的损坏影响也比较大。因此，粗加工选用了耐磨性优良、耐热性比较好硬度和韧性比较好的超细颗粒硬质合金刀具（牌号为YM053），精加工选用了天然单晶金钢石（简称SPD）刀具和人造多晶金钢石（简称PCD）刀具，取得了比较好的效果。天然金钢石是一种各向异性的单晶体，硬度非常高（HV10O00），耐磨性极好，做刀具刃口极为锋利，可长时间地切削较硬的物质而保持刀口尺寸的稳定性，并且还具有摩擦系数比较小（0.10一0.40）的特点。但是天然金钢石刀具也有一些缺陷材料的韧性差、抗弯强度也比较20一050GPa），只有硬质合金的1/4左右。因此，切削时这种刀具不能承受较大的振动，对工艺系统的刚度要求也比较高，同时要求机床的主轴径向圆跳动和端面圆跳动及轴向窜动应镇0.020,否则就会因此而使刀具受到损坏。

 

　　PCD是在高压高温下将金钢石微分聚合而成的多晶体材料，它消除了单晶金钢石的各向异性。虽然PCD复合刀具在硬度上（Hv650O一8000）稍逊于SPD刀具，但抗弯强度却比SPD高6一14倍左右而且其价格也只有SPD的几十至几百分之一。所以，碳化硅铝基复合材料的精加工选用PCD复合刀具技术指标和经济指标都是比较理想的。在碳化硅铝基复合材料零件的具体械加工工艺中，安排了粗。精加工两个阶段中间进行工艺热处理零件的外圆内孔。台阶各加工面的加工处理都达到了设计的尺寸要求和形位要求所用刀具：粗加工选用密度为13.9一14.29/c耐、硬度为HV170抗弯强度为1.6GPa、牌号为YMO53的硬质合金刀具。刀具几何参数采用负前角，后角不宜过大，以免影响刀具强度。，但也不宜过小，过小会在切削时带来较大的摩擦而引起温升过快和过大的切削力造成毁刀，并且容易擦伤被加工零件的表面，一般前角y。=一5一一10,后角a。二8”一10,切削速度V=60一gor/min,切削深度t二1一2mm精加工选用PCD复合刀具进行，切削速度V二100一3O0r/min,切削深度t=0.10一0.30mm。碳化硅铝基复合材料零件的稳定性处理。这是用于外层空间工作周期较长的航天仪器中的结构零件除了对其几何尺寸加工要求准确外，对机体组织进行调整、消除加工过程带来的应力也至关重要。为了防止由于残余应力的作用造成零件变形而致使仪器工作状态的失稳甚至失效，在零件粗加工后、半精加工前需进行尺寸稳定性处理；而碳化硅铝基复合材料结构零件中存在的残余应力可以通过热处理来消除，热处理过程分为两步进行，第一步：进行淬火热处理达到强化的目的，第二步：主要是尺寸稳定性处理。

 

　　碳化硅废料增强铝基复合材料碳化硅和颗粒状的铝复合而成，其中碳化硅是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料在电阻炉内经高温冶炼而成，再和增强颗粒铝复合而成，增强颗粒铝在基体中的分布状态直接影响到铝基复合材料的综合性能，能否使增强颗粒均匀分散在熔液中是能否成功制备铝基复合材料的关键，也是制备颗粒增强铝基复合材料的难点所在。纳米碳化硅废料分布的均匀与否与颗粒的大小、颗粒的密度、添加颗粒的体积分数、熔体的粘度、搅拌的方式和搅拌的速度等因素有关。

 

　　颗粒在宏观上分布均匀，但在高倍率下观察，可发其余代表不同粒度、含量的复台材料现碳化硅废料主要分布在树枝问和最后凝固的液相区，同时也有部分碳化硅废料存在于初生晶内部，即被初生晶所吞陷。从凝固理论分析，颗粒在固液界面前沿的行为与凝固速度、界面前沿的温度梯度及界面能的大小有很大关系，由于对碳化硅废料的预处理有效地改善了它与基体合金的润湿性，且在加入半固态台金浆料之前的预热温度大大低于此时的合金温度，故而部分碳化硅废料就可能直接作为凝固的核心而存在于部分初生晶的内部，但是太多数SiC在枝晶相汇处或最后凝固的液相中富集，这便形成了上述的组织形貌。金属中弥敷分布的铝对金属中的品界运动，位错组态及位错运动都有响。纳米碳化硅废料增强复合材料具有细小而均匀的组织，其原因应该是细小而均匀分布的纳米颗粒高教率地占据空间，颗粒间距较小。有效地控制晶粒的长大；碳化硅废料增强复台材料中。颗粒尺寸较大，它在空间的分布间距也较大，由于基体热膨胀系数的差异而引起的局部应力也越大，造成了颗粒附近与远离颗粒处基体状态的差异。这种差异是造成微米颗粒增强复合材料组织不均匀的原因。

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