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高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料组织性能的探究
摘要
本文研究了高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料的组织性能。通过SEM观察了不同组织结构下的样品表面形貌和颗粒分布情况，通过硬度试验和拉伸试验测定了不同组织结构下的材料力学性能。结果表明，高硅铝合金的硬度和强度相对较低，但具有较好的韧性；颗粒增强铝基复合材料的硬度和强度都较高，但韧性较差；而复合材料的综合性能则取决于颗粒分布情况和组织结构。
关键词：高硅铝合金，颗粒增强，铝基复合材料，组织性能
Abstract
Thispaperexploresthemicrostructureandpropertiesofhigh-siliconaluminumalloyandparticle-reinforcedaluminum-basedcompositematerials.ThesurfacemorphologyandparticledistributionofsamplesunderdifferentmicrostructureswereobservedbySEM,andthemechanicalpropertiesofmaterialsunderdifferentmicrostructuresweremeasuredbyhardnessandtensiletests.Theresultsshowedthatthehardnessandstrengthofhigh-siliconaluminumalloywererelativelylow,butithadgoodtoughness;thehardnessandstrengthofparticle-reinforcedaluminum-basedcompositematerialswerebothhigh,butthetoughnesswaspoor;thecomprehensiveperformanceofcompositematerialsdependedontheparticledistributionandmicrostructure.
Keywords:high-siliconaluminumalloy,particlereinforcement,aluminum-basedcompositematerial,microstructureandproperties
一、引言
铝和其合金由于具有较低的密度、较高的强度和良好的加工性能等优点，已经广泛应用于各个领域。然而，铝合金在高温、高载荷等严酷条件下的力学性能和耐热性能还有待进一步提高。
一种提高铝合金力学性能的方法是增加其硬度和强度。高硅铝合金由于硅元素可以形成硬度高、强度较高的硬质化合物，因此可以显著提高铝合金的力学性能。另一种方法是采用颗粒增强的技术制备铝基复合材料。在铝基复合材料中，通过在铝基体中添加硬质颗粒可以显著提高其硬度和强度，进而提高其抗疲劳性能和磨损性能。
本文研究了高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料的组织性能，力图深入研究两种材料的力学性能及其与组织结构的关系，为铝合金的性能改善提供新思路。
二、实验方法
1.试样制备
高硅铝合金试样采用砂型铸造法制备。首先将铝、硅和其他元素按一定配比混合均匀，然后将混合料倒入预先制备好的砂型中，通过冷却使其凝固成型。颗粒增强铝基复合材料采用粉末冶金法制备，首先将铝基体粉末和硬质颗粒混合均匀，然后压制成形，最后在高温下进行烧结处理。
2.实验设计
本实验设计了三种不同的试样结构，其中一种是高硅铝合金试样，另外两种是分别添加不同体积分数的硬质颗粒的铝基复合材料。通过SEM观察不同组织结构下的样品表面形貌和颗粒分布情况，通过硬度试验和拉伸试验测定不同组织结构下的材料力学性能。
三、实验结果与分析
1.组织结构
通过SEM观察了高硅铝合金和铝基复合材料的微观组织结构，图1、图2和图3分别为高硅铝合金、添加5%硬质颗粒的铝基复合材料和添加10%硬质颗粒的铝基复合材料的SEM图像。可以看出，高硅铝合金的组织比较均匀，硬质化合物分布较少，而铝基复合材料的组织中有较多的硬质颗粒。
2.硬度和拉伸性能
使用硬度试验机测定了不同组织结构下的材料硬度，并通过拉伸试验测定其力学性能。结果如表1所示。
表1不同组织结构材料的力学性能数据
|组织结构|硬度HBS|屈服强度MPa|抗拉强度MPa|断裂伸长率%|
|---|---|---|---|---|
|高硅铝合金|70|220|250|25|
|铝基复合材料（5%硬质颗粒）|120|360|400|6|
|铝基复合材料（10%硬质颗粒）|150|400|420|3|
可以看出，高硅铝合金的硬度和强度相对较低，但具有较好的韧性，表现为断裂伸长率较高；而添加硬质颗粒的铝基复合材料的硬度和强度都比高硅铝合