高硅铝合金协同细化工艺的研究

发布时间：2020-04-28 06:46

【摘要】：本文以Al-20Si合金为研究对象,采用变质和不同的冷却速率对Al-20Si合金进行细化处理。通过高精度测温仪、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和摩擦磨损试验等方法,研究了变质和冷却速率对A1-20Si合金凝固组织及性能的影响,并探讨了Al-20Si合金中初生Si和共晶Si的协同细化机理,为高硅铝合金材料在制备活塞、缸套和散热器等工业应用提供了理论基础。(1).采用P和RE变质剂对Al-20Si合金进行变质处理,研究结果表明:P与Al反应生成AlP化合物作为初生Si相的异质形核质点,能显著细化合金中初生Si晶粒尺寸;稀土RE吸附固溶在Si相的生长台阶,使Al-20Si合金中Si相的晶格常数增大,X射线衍射图谱发生小角度偏移;随着变质时间的延长,合金中板条状的初生Si变得细小圆润,平均晶粒尺寸由85.6μm减小至13.2μm,共晶Si由长针状转变为短杆状和点状,均匀分布在基体中,基体硬度由68.5HB提升至80.8HB,抗拉强度由132MPa提高至185MPa,延伸率由1.29%提高至2.68%。(2).采用不同的冷却速率对Al-20Si合金组织进行细化处理,研究结果表明:Al-20Si合金中初生Si平均晶粒尺寸(D)与冷却速率(v)呈幂函数关系:D=260.6v-3/4,而与再辉温度(Tm)则呈线性关系:D=0.25Tm-143.12;降低合金中初生Si的再辉温度是控制晶粒长大的关键,铜模的高蓄热系数能持续降低初生Si的形核温度和再辉温度,使初生Si的晶粒尺寸细小;初生Si由小平面生长转变为非小平面生长的临界过冷度为70K,该实验结果与理论计算结果(74K)基本一致;随着变质剂的添加、冷却速率的增大、过冷度的增加和再辉温度的降低,Al-20Si合金中Si相组织细化显著,合金的抗拉强度由119MPa提高至210MPa,延伸率由1.01%提高至3.89%。(3).Al-20Si合金的磨损行为主要以剥层磨损、粘着磨损和磨粒磨损为主,试样的剥层磨损随合金中初生Si晶粒尺寸的增大而加剧;Al-20Si合金经细化处理后,组织中Si相晶粒尺寸细小,基体硬度提高,合金的磨损量显著减小。
【图文】：

二元相图,二元相图,合金

１．２邋Ａｌ－Ｓｉ合金的概述逡逑Ａｌ－Ｓｉ合金是工业生产中最常用的铸造铝合金，室温下的组织为ａ－Ａｌ和ｐ－Ｓｉ逡逑两相，Ａｌ－Ｓｉ合金的二元相图如图１－１所示。合金在５７７°Ｃ会发生共晶反应：逡逑Ｌ—ａ（Ａｌ）＋ｐ（Ｓｉ）；其共晶点Ｓｉ含量的范围在１２．５％－１２．７％之间［５］；邋Ｓｉ原子在铝基逡逑体中的最大固溶度为１．６５％，而Ａ１原子在Ｓｉ相中几乎不固溶。Ａｌ－Ｓｉ合金可根据逡逑Ｓｉ含量的不同，分为亚共晶Ａｌ－Ｓｉ合金、共晶Ａｌ－Ｓｉ合金、过共晶Ａｌ－Ｓｉ合金。逡逑Ｓｉ是Ａｌ－Ｓｉ合金中主要的合金元素，在铝合金中加入Ｓｉ，能提高合金的流动逡逑性和铸造性，同时还能降低合金的热膨胀系数，减小合金的密度，提高合金的气逡逑密性，使材料的耐磨性和力学性能大幅提高［６］。由于Ａｌ－Ｓｉ合金中Ｓｉ相的硬度很逡逑高，而铝基体相对较软，属于典型的硬质点增强软基体的耐磨材料，且合金的耐逡逑１逡逑

示意图,模具,控制板,热电偶

残余的金属等化合物，保持模具壁表面光滑，模具型腔尺寸为长ｘ宽ｘ高逡逑＝１００ｍｍｘｌ０ｍｍｘ６０ｍｍ，烧铸时控制好饶铸速度，，使金属液体均匀地流入模具中，逡逑浇铸模具如图２－２所示。逡逑测温仪逡逑图２－２浇铸模具示意图逡逑１．模具厚度控制板２．模具侧壁３．模具底壁４．热电偶逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｃａｓｔｉｎｇ邋ｍｏｌｄ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑１．邋ｔｈｅ邋ｐｌａｔｅ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｍｏｌｄ邋ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ邋２．邋ｍｏｌｄ邋ｓｉｄｅｗａｌｌ邋３．邋ｍｏｌｄ邋ｂｏｔｔｏｍ邋ｗａｌｌ邋４．邋ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ逡逑２．５邋Ａｌ－２０Ｓｉ合金的变质工艺方法逡逑２．５．１邋Ａｌ－２０Ｓｉ合金的Ｐ变质处理实验逡逑在Ａｌ－２０Ｓｉ合金熔体中加入Ｃｕ－８Ｐ中间合金进行变质处理，间隔２０ｍｉｎ将铝逡逑液浇铸到钢模中冷却取样，浇铸起始温度７６０°Ｃ，铸件凝固后及时从模具中取出，逡逑实验得出：变质保温８０ｍｉｎ，添加０．０６％Ｐ含量的Ｃｕ－８Ｐ中间合金变质效果最佳。逡逑表２－４、２－５分别为Ｐ添加量和Ｐ变质时间对Ａ１－２０Ｓ１合金的实验方案及参数。逡逑表２－４邋Ｐ添加量对Ａｌ－２０Ｓｉ合金的实验方案及参数逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－４邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｓｃｈｅｍｅｓ邋ａｎｄ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋Ｐ邋ａｄｄｉｔｉｏｎ邋ｔｏ邋Ａｌ－２０Ｓｉ邋ａｌｌｏｙ逡逑序号逦合金邋变质剂逦添加量／％邋变质温度／°Ｃ逦浇铸温度ｆ逡逑１逦Ａｌ－２０Ｓｉ逦—逦—逦８００逦７６０逡逑２逦Ａｌ－２０Ｓｉ逦Ｐ逦０．０２逦８００逦７６０逡逑３逦Ａｌ－２０Ｓｉ逦Ｐ逦０．０４逦８００逦７６０逡逑４逦Ａｌ－２０Ｓｉ逦Ｐ
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21

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