过共晶铝硅合金的铸造及搅拌摩擦加工制备研究

发布时间：2020-05-17 11:21

【摘要】：铝硅合金由于具有密度低,比强度高,热膨胀系数小,耐磨性能良好等特点,已广泛的应用于汽车、国防工业、航空航天、电子封装等领域,是一种重要的工程材料。然而,随着硅含量的提高,传统方法生产的铝硅合金中会出现粗大不规则的脆性初晶硅颗粒和细长的共晶硅颗粒,导致材料的力学性能严重降低,限制其在实际生产中的运用。因此研究成本较低,产量较大,性能良好的铝硅合金制备方法,具有重要的理论意义和实际价值。本文从合金化和大塑性变形的角度出发,分别采用搅拌摩擦加工技术和添加合金元素对铝硅合金进行加工处理。搅拌摩擦加工的试验结果表明,多道次搅拌摩擦加工处理能够显著改善铸造铝硅合金的粗大组织,4种含硅量不同的铝硅合金经过1道次搅拌摩擦加工后,硅颗粒的平均尺寸均在5μm以下。同时,材料的力学性能也大幅提高,在950 rpm转速,47.5 mm/min行进速度的条件下对Al-20Si合金进行3道次搅拌摩擦加工后,Al-20Si合金的抗拉强度和延伸率分别达到202.3 MPa和15.8%,材料的断裂方式也由铸态的脆性断裂转变为韧性断裂。添加合金元素的试验结果表明,0.4%P元素的加入能够使Al-20Si合金的硅颗粒细化至25.3μm,抗拉强度和延伸率最大可达132.1 MPa和2.8%。加入Mg元素后,Al-20Si合金的硅颗粒平均尺寸有所降低,材料的耐磨性能显著提高,含3%Mg的合金铸态下质量损失仅有3.6 mg,较母材降低了约49.3%。对比合金化的材料与搅拌摩擦加工处理的材料,可以发现搅拌摩擦加工对Al-20Si合金组织和性能的改善效果要优于添加合金元素的合金。
【图文】：

二元相图,二元相图

图 1. 1 Al-Si 二元相图[6]Figure 1.1 Al-Si binary phase diagram14 号，是地壳中含量第二高的元素，为光泽。单质硅的密度较低，仅为 2.3 g/有显著的提升，高温性能也会更加稳定于多种不同的工业领域[11-12]。比如，A(含硅量约 17%)主要利用铝硅合金良好性能，满足汽车轻量化生产的需求，广泛的零部件[13-15]。与传统汽车缸体中使用铝硅合金，仅为灰铸铁密度的三分之一灰铸铁[11]。因而，这类铝硅合金能够基工作的前提下，有效的减轻汽车零部件

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0-22]、喷射沉积[23-25]、大塑性变形[26-29]、选择性激光熔化[30-33]等制备都取得了一定的进展。熔炼法是制备铝硅合金最简单便捷的方法之一，其成本低廉，设备要求较低，已经得到了广泛的运用。但在制备高硅铝的过相区导致较低的冷却速率下先析出的初晶硅颗粒会显著长大，组织，对材料性能有着负面的影响。为优化传统的铸造熔炼方变质处理。变质处理，就是在铝硅合金熔炼的过程中，加入一素，常见的如 P、Sr、Na 等，，基于异质形核机制、降低 Si 晶，细化合金中的初晶硅、共晶硅，改善硅相的形貌和分布[34-3g 等[35]利用 Al-P-Ti-TiC-Y 作为中间合金，在熔炼过程中将其分合金和 Al-29Si 合金中。图 1.2 展示了变质前后 Al-29Si 合金显试验结果发现母材中粗大的 Si 颗粒被显著细化，Si 颗粒平均m 和 250 μm 降至 20 μm 和 35 μm，布氏硬度分别提高了 15.8损率较变质处理前有明显的降低，这些性能上的提升主要是由初晶硅的细化所造成的。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG292;TG453.9;U466

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