第7章 金属基复合材料凝固

1、2022-5-91/952022-5-92/952022-5-93/952022-5-94/95牛粪牛粪+黄泥黄泥复合材料：粮囤内层，防复合材料：粮囤内层，防漏，防虫，强化漏，防虫，强化2022-5-95/952022-5-96/952022-5-97/952022-5-98/952022-5-99/952022-5-910/952022-5-911/952022-5-912/95第二节第二节 金属基人工复合材料的凝固金属基人工复合材料的凝固2022-5-913/952022-5-914/952022-5-915/952022-5-916/952022-5-917/952022-5-918/9

2、52022-5-919/95两纤维平行接触，所需压力：两纤维平行接触，所需压力：2022-5-920/952022-5-921/952022-5-922/95ZA22合金常压铸态组合金常压铸态组织织ZA22合金高压铸态组合金高压铸态组织织ZA22/Al2O3复合材料组织复合材料组织2022-5-923/952022-5-924/952022-5-925/95陶瓷颗粒在基体中是陶瓷颗粒在基体中是否均匀分布取决于颗否均匀分布取决于颗粒与凝固界面的相互粒与凝固界面的相互作用作用大多数复合材料中大多数复合材料中颗粒分布不均匀颗粒分布不均匀2022-5-926/95金属基复合材料中金属基复合材料中陶瓷颗

3、粒与凝固界陶瓷颗粒与凝固界面的相互作用面的相互作用2022-5-927/95陶瓷颗粒陶瓷颗粒被凝固界被凝固界面排斥面排斥2022-5-928/95陶瓷颗粒仍然被凝固陶瓷颗粒仍然被凝固界面所排斥界面所排斥2022-5-929/95陶瓷颗粒被凝固界面捕捉陶瓷颗粒被凝固界面捕捉2022-5-930/952022-5-931/952022-5-932/95可见可见, 颗粒层等效毛细半径与颗粒体积分数有关。颗粒层等效毛细半径与颗粒体积分数有关。体积分数越大，等效毛细半径越小。体积分数越大，等效毛细半径越小。2022-5-933/95式中，式中， 为金属液密度，为金属液密度， g 为重力加速度，为重力加速

4、度，H为初始液面为初始液面高，高， la为金属液表面张力，为金属液表面张力， 为金属液润湿角，为金属液润湿角， R为等效为等效半径，半径， 为动力粘度。为动力粘度。2022-5-934/95将上式中的对数项按级数展开，并略去高次项，将上式中的对数项按级数展开，并略去高次项，可得金属液浸渗时间为：可得金属液浸渗时间为：2022-5-935/95金属液浸渗深度为：金属液浸渗深度为：2022-5-936/952022-5-937/952022-5-938/952022-5-939/952022-5-940/952022-5-941/952022-5-942/952022-5-943/952022-5

5、-944/95烧冲压式发动机烧冲压式发动机, 其燃烧室壁一侧接触高达其燃烧室壁一侧接触高达2000的的燃烧气体，承受超高温，而另一侧则接触燃烧气体，承受超高温，而另一侧则接触-200的的液氢燃料，承受超低温。从而产生极大热应力。液氢燃料，承受超低温。从而产生极大热应力。一一般材料显然满足不了这一要求。般材料显然满足不了这一要求。2022-5-945/95耐热性耐热性热传导率热传导率热膨胀系数热膨胀系数均匀材料均匀材料有界面的复合材料有界面的复合材料FGM陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷金属金属2022-5-946/95耐耐 超超 热热 性性 能能力力 学学 性性 能能 热应力缓和作用热应力缓和作用陶瓷陶瓷金属

6、金属2022-5-947/95Sn Al2O3 扫描电镜观察扫描电镜观察维氏硬度压痕维氏硬度压痕2022-5-948/95钼钼-铜铜FGM电子探针分析电子探针分析MoCuMo/Cu FGM材料材料MoCu2022-5-949/952022-5-950/952022-5-951/95灰铸铁与球墨铸铁的梯度复合材料灰铸铁与球墨铸铁的梯度复合材料2022-5-952/952022-5-953/952022-5-954/952022-5-955/95n式中式中mp 和和mL 分别为粒子及粒子排开液体的质量。分别为粒子及粒子排开液体的质量。n由于金属液存在粘度，运动的第二相质点不可避由于金属液存在粘度，

7、运动的第二相质点不可避免地受到移动阻力。假设质点为细小的球形粒子，免地受到移动阻力。假设质点为细小的球形粒子，可近似采用层流状态下的阻力公式：可近似采用层流状态下的阻力公式：在铸型预热较好，金属液冷速较慢的情况下，可在铸型预热较好，金属液冷速较慢的情况下，可以假定液体的粘度以假定液体的粘度不受温度及时间影响，为常数。不受温度及时间影响，为常数。2022-5-956/95根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律, 粒子在水平方向上所受合力粒子在水平方向上所受合力F 为：为：式式(9) 就是离心力场中粒子所处位置与运动时间的就是离心力场中粒子所处位置与运动时间的函数关系。函数关系。2022-5-957/9

8、5对式对式(9) 进一步求导进一步求导, 可得粒子在任一时刻的速度及可得粒子在任一时刻的速度及加速度加速度:2022-5-958/952022-5-959/952022-5-960/952022-5-961/952022-5-962/952022-5-963/952022-5-964/952022-5-965/952022-5-966/952022-5-967/952022-5-968/95coscosLL2022-5-969/952022-5-970/952022-5-971/952022-5-972/952022-5-973/95LmmLLDCCPmvG)(22022-5-974/95Lm

9、mLLDCCPmvG)(22022-5-975/952022-5-976/952022-5-977/952022-5-978/952022-5-979/952022-5-980/95Pb-Sn层片状共晶自生复合材料层片状共晶自生复合材料2022-5-981/95LaB6-ZrB2共晶自生复合材料的扫描电镜组织共晶自生复合材料的扫描电镜组织(a) 纵向；纵向；(b) 横向横向 2022-5-982/952022-5-983/952022-5-984/952022-5-985/952022-5-986/95电磁搅拌自生表面复合材料的组织电磁搅拌自生表面复合材料的组织与性能与性能金俊泽金俊泽 张永安

10、张永安 曹志强曹志强内表面内表面Al3Ni，外表面少量外表面少量Al3Ni+亚共晶组织。亚共晶组织。2022-5-987/95过共晶过共晶Al- 16%Si 合金梯度功能合金梯度功能材料的组织与性能材料的组织与性能于思荣于思荣, 任露泉任露泉, 张新平张新平, 何镇明何镇明2022-5-988/95过共晶过共晶Al-16%Si 合金梯度功能材合金梯度功能材料的组织与性能料的组织与性能于思荣于思荣, 任露泉任露泉, 张新平张新平, 何镇明何镇明2022-5-989/95离心铸造过共晶离心铸造过共晶Al-Si合金自生表面复合材料合金自生表面复合材料王渠东丁文江金俊泽王渠东丁文江金俊泽2022-5-990/95Al-10%Fe 合金梯度材料的组织与性能合金梯度材料的组织与性能于思荣于思荣 任露泉任露泉 张新平张新平 刘耀辉刘耀辉 何镇明何镇明2022-5-991/95Al-10%Fe 合金梯度材料的组织与性能合金梯度材料的组织与性能于思荣于思荣 任露泉任露泉 张新平张新平 刘耀辉刘耀辉 何镇明何镇明2022-5-992/95Al-20Si合金梯