激光加工情况下的大口径铝管分析 

高硅铝合金的耐磨性好，强度高，密度低，热膨胀系数小。但用常规的铸造方法制备的高硅铝合金，由于形成粗大针状或片状多角形Si相，使其塑性和加工性急剧恶化，严重损害合金的力学性能。尽管采用变质处理、合金化以及精密铸造等工艺对改善合金的性能有一定的作用， 但不能从根本上改变其组织粗大的缺点，因此其应用受到一定程度的限制。利用多层喷射沉积技术的高冷速(可达10~4K/s)，可显著改善Al-Si合金的显微组织、减少偏析、提高合金固溶度等，使合金性能得以大幅度提高，扩大其应用范围。 本文对多层喷射沉积技术的制备高硅铝合金过程、原理及随后的热挤压、热处理工艺进行了研究，得出了以下结论。 一、研究了多层喷射沉积技术制备板坯、管坯及锭坯的成形性。

大口径铝管结果表明，制备板坯，当ω_V/ω_X值越大时，单层轨迹就越复杂且不易重复，有利于板坯的均匀性；制备管坯时，合理控制漏包运动速度、基底的旋转速度及基底的下降速度之间的匹配，能制备出成形性较好的管坯；制备锭坯时，通过沉积器偏心、改变倾斜角度以及配合适当的旋转和下降速度，可以得到形状较好的沉积锭坯，从而大幅度地提高材料的利用率，同时可实现对沉积锭坯的形状控制。通过对多层喷射沉积原理及工艺参数的研究，得出制备Al-22Si-3Cu-1Mg合金的最佳工艺参数为：喷射高度为220mm-230mm，基底转速为120rpm，雾化器扫描速度为30mm/s，基底下降转速依据喷射情况由智能控制器进行实时调整，喷射角度为30°，初始偏心距为30mm，导流管直径为3.6mm，雾化气压为1.0MPa。多层喷射沉积高硅铝合金的显微组织由α-Al基体，初晶硅及孔隙组成。由于该工艺的冷却速度较高，初晶硅十分细小且分布均匀，平均粒径为1.04Mm左右。制备合金的致密度在85-90％之间，比传统的喷射沉积稍低。有待于进一步的致密化。 二、多层喷射沉积过共晶A1-Si合金的室温强度与挤压温度和挤压比有关，挤压温度越高，合金的强度会降低。而合金的延伸率则对这两个因素不是很敏感。因此，可以在不牺牲延伸率的情况下洚低挤压温度而提高合金的性能。该合金的最佳挤压工艺参数为，挤压温度为375-400℃，挤压比为25:1。 三、利用正交方法研究多层喷射沉积A1，22Si-3Cu-Mg合金的热处理工艺，得出合金的最佳热处理工艺为470℃固溶保温1.5小时，然后在120℃温度条件下进行人工时效。合金沉淀析出相为Mg_2Si、Al_2Cu及Al_2CuMe。 一 合金时效强化曲线呈现双峰结构。可能是合金时效过程中，MgZSi首先析 出，然后再析出川2C2及川2C2＊ 的缘故。

大口径铝管多层喷射沉积A卜S一CZ－Mg合 金的峰时效时间较铸态合金提前约6 小时，峰值强度为420MPa， as＝361．OMPa，8二2二％。多层喷射沉积铝备的A122Si－3Cu－Mg合金的力学 性能为，a。二325MPa，as＝307．SMPa，5＝3．2％，明显优于铸态合金， ah＝125．IMPa，as＝116。3MPa，卜1．1％。合金基体及初晶硅的细化是导致合 金强度提高的主要原因，同时基体与初晶“结合强度的提高，St粒子弥 散分布使得基体塑性得到充分发挥，合金延伸率提高。合金热处理前后的 断裂机制是不同的，挤压态裂纹主要来源于大块初晶引颗粒的脆性断裂； 也有部分来源于出相与基体结合处，断裂以穿晶方式发生的，其断口凹凸 不平，并有大量由小解离平台组成的韧窝和杯锥状突起；热处理后由于加 强了原始颗粒界面的结合，因此裂纹主要来源于初晶 引 与基体界面的开 裂；断裂主要由初晶引与基体分离以及原始颗粒界面分离造成的，断口具 有较大韧窝特征，表明此时合金的断裂呈韧性断裂特征。

大口径铝管多层喷射沉积工艺制备的门《 大口径铝管合金具有优良的室温及高温耐磨 性能（室温时磨损量为5．Zms／s，摩擦系数为0．35；300C时磨损量为6．sins／s， 摩擦系数为0．65），较同成分的铸造合金有显著提高（室温时磨损量为 12．4mg八，摩擦系数为0．48；而300aC时磨损量为14．Zing儿，摩擦系数为 0．72），其室温磨损机制以磨粒磨损为主。200C时，合金磨损机制完全转 为粘着磨损。