[论文解读] Manufacturing of Aluminum Composite Material Using Stir Casting Process

Muhammad Hayat Jokhio, Muhammad Ibrahim Panhwer+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2016

Aluminum Alloys Composites Properties参考文献 16被引用 50

一句话总结

本研究探讨了通过搅拌铸造法制造7xxx系铝基复合材料，采用α-Al2O3颗粒作为增强相，重点研究了Cu-Zn-Mg合金元素及时效强化的影响。研究结果表明，通过常规铸造工艺，添加最多10 wt% Al2O3颗粒可显著提升材料的强度和塑性，且时效强化进一步改善了力学性能。

ABSTRACT

Manufacturing of aluminum alloy based casting composite materials via stir casting is one of the prominent and economical route for development and processing of metal matrix composites materials. Properties of these materials depend upon many processing parameters and selection of matrix and reinforcements. Literature reveals that most of the researchers are using 2, 6 and 7xxx aluminum matrix reinforced with SiC particles for high strength properties whereas, insufficient information is available on reinforcement of "Al2O3" particles in 7xxx aluminum matrix. The 7xxx series aluminum matrix usually contains Cu-Zn-Mg. Therefore, the present research was conducted to investigate the effect of elemental metal such as Cu-Zn-Mg in aluminum matrix on mechanical properties of stir casting of aluminum composite materials reinforced with alpha "Al2O3" particles using simple foundry melting alloying and casting route. The age hardening treatments were also applied to study the aging response of the aluminum matrix on strength, ductility and hardness. The experimental results indicate that aluminum matrix cast composite can be manufactured via conventional foundry method giving very good responses to the strength and ductility up to 10% "Al2O3" particles reinforced in aluminum matrix.

研究动机与目标

• 探讨使用Al2O3颗粒作为增强相，通过搅拌铸造法制造7xxx系铝基复合材料的可行性。
• 研究Cu-Zn-Mg合金元素对Al2O3增强铝基复合材料力学性能的影响。
• 评估时效强化处理对所制备复合材料的强度、塑性和硬度的影响。
• 建立一种基于常规铸造工艺、成本低廉的高强铝基复合材料制备路线。

提出的方法

• 采用搅拌铸造工艺，以7xxx系铝合金作为基体，制备铝基复合材料。
• 将Al2O3颗粒以不同重量百分比（最高达10 wt%）添加至熔融铝基体中。
• 对熔融合金进行机械搅拌，以确保Al2O3颗粒均匀分散。
• 采用永久铸型进行铸造，制备试样。
• 在铸造成型后实施时效强化处理，以研究其对力学性能的影响。
• 对制备的试样进行拉伸、硬度及塑性性能测试。

实验结果

研究问题

• RQ1 添加最多10 wt%的Al2O3颗粒对7xxx系铝基复合材料的抗拉强度和塑性有何影响？
• RQ2 Cu-Zn-Mg合金元素在提升Al2O3增强铝基复合材料力学响应方面起何作用？
• RQ3 时效强化处理如何影响搅拌铸造铝基复合材料的硬度和塑性？
• RQ4 常规铸造工艺能否制备出具有高强性能的Al2O3增强铝基复合材料？

主要发现

• 添加最多10 wt% Al2O3颗粒的铝基复合材料表现出显著提高的抗拉强度和塑性。
• 添加Al2O3颗粒可提升7xxx系铝基复合材料的硬度。
• 时效强化处理进一步提高了复合材料的强度和硬度，同时保持了可接受的塑性。
• 搅拌铸造工艺在采用标准铸造工艺的前提下，有效制备出Al2O3颗粒分布均匀的铝基复合材料。
• 复合材料的力学性能高度依赖于增强相含量及热处理条件。