3結(jié)論 以虛擬樣機(jī)技......
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3 結(jié)論
以虛擬樣機(jī)技術(shù)為設(shè)計(jì)理念，通過UG軟件，建立汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鎖的虛擬樣機(jī)模型。虛擬樣機(jī)模型應(yīng)是參數(shù)化的實(shí)體模型，從而滿足用戶不斷修

改并最終實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)或變形產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。運(yùn)用UG的Motion模塊對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鎖進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，建立了四個(gè)運(yùn)動(dòng)分析方案，在虛擬樣

機(jī)模型中為每個(gè)運(yùn)動(dòng)分析方案建立相應(yīng)的裝配排列。將發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鎖的運(yùn)動(dòng)模擬以MPEG電影文件形式輸出，形成電影動(dòng)畫，并用超級(jí)解霸3000播

放器進(jìn)行播放。通過動(dòng)畫演示，可以更直觀、正確的理解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鎖的工作原理和運(yùn)動(dòng)的基本過程，提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋鎖的設(shè)計(jì)水平。虛

擬樣機(jī)技術(shù)可以減少實(shí)物模型和樣機(jī)的投入，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品開發(fā)成本和制造成本，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最優(yōu)設(shè)計(jì)或變形產(chǎn)品設(shè)計(jì)

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硅相增強(qiáng)鋅基復(fù)合材料的微觀組織研究
1　前言
　　 硅顆粒硬度高且具有一定的強(qiáng)度，像SiCp和Al2O3p一樣，可作為復(fù)合材料增強(qiáng)體。ZA27合金中硅顆粒的復(fù)合將大大改善材質(zhì)的磨損特性［

1，2］。硅顆粒又與SiCp和Al2O3p不同，它與鋁之間可發(fā)生共晶反應(yīng)，因此與基體組織之間具有良好的浸潤(rùn)性。這與SiC和Al2O3等顆粒與基體

合金的界面反應(yīng)不同［3，4］。本文主要研究硅相增強(qiáng)的ZA27復(fù)合材料中硅相的形態(tài)控制以及界面反應(yīng)特征。
2　試驗(yàn)方法
　　 研究對(duì)象是ZA27+16vol%Si的復(fù)合材料。常規(guī)的制備方法是將各種原材料，如Al-Si合金、鋅和鋁合金按成分配比置于一起進(jìn)行熔融處理，

獲得的組織是從均勻的液態(tài)隨溫度降低逐漸冷卻、凝固時(shí)因界面前沿溶質(zhì)再分布和成分偏析所產(chǎn)生的不平衡組織。本文提出將原材料Al-30%Si

和Zn-5.5%Al分別加熱到不同熔融狀態(tài)，然后復(fù)合攪拌并快速成形的流變混熔復(fù)合新方法，制備上述復(fù)合材料，并通過透射電子顯微鏡EM430(

附EDAX能譜，加速電壓250kV)進(jìn)行觀察和分析。
3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1　Si相的形成及其控制
　　 Zn-27Al-16vol%Si通過常規(guī)鑄造方法制得試樣的組織，硅相粗大，分布在基體中。利用流變混熔方法制得的試樣組織，硅相得到了大大細(xì)

化(圖1)。這是因?yàn)锳l-30%Si冷卻時(shí)當(dāng)溫度降至液固相區(qū)，首先析出初晶硅，初晶硅不斷長(zhǎng)大，當(dāng)加入Zn-5.5%Al熔液后在機(jī)械攪拌、流變混合

的作用下會(huì)對(duì)原熔液中的初生Si施加一定的剪切力，造成初生Si中形成裂紋而破碎，同時(shí)，在混合體系中對(duì)于Al-30%Si中的初生硅相則是非穩(wěn)

相，這樣在流變動(dòng)力學(xué)作用下，使得硅相得到細(xì)化。部分初生Si破碎后并開始熔化。但由于初生硅在降溫過程中已長(zhǎng)大成相當(dāng)尺寸，在快速混

熔和流變復(fù)合下，初生硅相得到碎化，但不可能完全熔化，碎化的硅相形態(tài)則得到改善，形成細(xì)小的規(guī)則的多角狀的硅相，就像SiCp和Al2O3p

等一樣，是良好的增強(qiáng)體。

圖 1　流變混熔Zn-27Al-16vol%Si的組織
Fig.1　Rheologic mixed-melt structure of Zn-27Al-16vol%Si
3.2　Si相精細(xì)結(jié)構(gòu)
　　 Al-Si合金中硅相的長(zhǎng)大方式為小平面長(zhǎng)大方式。同樣在Zn-27Al-16vol%Al中，硅相也是小平面長(zhǎng)大。由于其與基體合金熱膨脹系數(shù)的差

別，在形成時(shí)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，因而硅晶體中將產(chǎn)生機(jī)械孿晶、亞晶界和層錯(cuò)等缺陷。圖2所示硅相呈長(zhǎng)條狀，并形成分枝，這是共晶硅相

的分枝生長(zhǎng)。圖3為硅相內(nèi)部存在的缺陷，主要以面缺陷為主(孿晶、層錯(cuò))。Si生長(zhǎng)過程中出現(xiàn)分枝的原因在于：當(dāng)共晶Si的生長(zhǎng)在某一方向

受到阻礙，它可以通過孿晶機(jī)制轉(zhuǎn)移到其它晶面上繼續(xù)生長(zhǎng)，從而在形態(tài)上呈現(xiàn)圖2中的結(jié)構(gòu)。
圖 2　硅相的分枝生長(zhǎng)
Fig.2　Branching growth of silicon phase
圖 3　硅相內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)(缺陷)
Fig.3　Inner microstructure of silicon phase(defect)
3.3　界面形貌及其分析
　　 硅同鋅鋁基體之間界面觀察發(fā)現(xiàn)：兩者之間的界面平直。在α-Al同硅相之間的界面近鋁的一側(cè)均發(fā)現(xiàn)有細(xì)小的析出相，如圖4a，其能譜

見圖4c，由能譜分析證明該析出相為η相，η相附近有大量應(yīng)力條紋。原因是：(1)基體與硅相之間熱膨脹系數(shù)的顯著差別，高溫冷卻時(shí)造成

很大的熱應(yīng)力。(2)η相依附于Si相形核長(zhǎng)大，η相為六方結(jié)構(gòu)，與硅相的晶格結(jié)構(gòu)有較大差異，從而引起晶格的畸變，造成較大的內(nèi)應(yīng)力。

界面上還有另外一種粗大的短棒狀η相，如圖4b所示。該類η相是由于凝固時(shí)偏析，形成的鋅鋁離異共晶組織。界面上的兩種η相與ZA27基體

組織α相中常見的二次析出η相(球形、橢球形)形態(tài)上有明顯的區(qū)別。
圖 4　硅相增強(qiáng)的鋅基復(fù)合材料界面微結(jié)構(gòu)(a,b)以及界面產(chǎn)物能譜分析(c)
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Fig.4　The interfacial precipitated product of silicon reinforced zinc matrix composites(a,b)
and its analysis by energy spectrum(c)
　　沒有析出處的界面平直光滑，共析組織(α+η)與硅相之間的界面形貌如圖5所示。流變混合熔體凝固時(shí)，隨著Si相析出長(zhǎng)大，α相緊隨其

后形成。由于凝固過程中的偏析，鋅在初生Si相附近富集，富鋅η相直接依附硅相界面形核析出(如圖4a)或者形成離異共晶(如圖4b)。圖4a所

示的界面析出相細(xì)小，而離異共晶組織中的富鋅η相則較粗大。
圖 5　鋅基復(fù)合材料的光滑界面
Fig.5　The smooth interface of silicon
reinforced zinc matrix composites
4　結(jié)論
　　(1) 流變混熔復(fù)合方法是制備Si相增強(qiáng)鋅基復(fù)合材料的一種行之有效的方法。
　　 (2) 硅相以粗大的多角狀初晶硅和條狀共晶硅的形式存在，硅相本身的精細(xì)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)有大量缺陷，以面缺陷為主。
　　 (3) 硅相與基體的界面附近近基體一側(cè)有η相。一種是細(xì)小的η析出相，另一種是凝固過程中形成的離異共晶組織中的η相。沒有η相析