Ce/La在A17SiMg合金中细化变质行为及在半固态压铸中的应用研究

发布时间：2022-02-19 21:20

　　亚共晶铝硅合金中初生铝（α-Al）的细化和共晶硅（Si）的变质是提高合金铸造成形性和力学性能的重要手段。稀土（RE）被广泛研究证明既可以作为细化剂使α-Al晶粒细化,又可作为变质剂改善共晶Si的粗大片层状形貌,RE具有的低成本优势也推动其得到研究。然而,RE的细化作用容易受到添加量和铸造工艺参数（静置时间、冷却速度等）的影响,其细化机理还没有准确的定论;此外,在较高冷速下,RE变质共晶Si的微观机制还缺乏系统的实验研究。同时,关于RE对亚共晶铝硅合金组织及性能影响的研究,主要在重力浇铸工艺下,在压铸工艺这样具有较高冷速凝固过程中,RE是否具有细化α-Al晶粒以及变质共晶Si的作用,以及对合金力学性能的影响规律还有待进一步的探索。针对上述问题,本文对稀土铈（Ce）和镧（La）在Al-7.0Si-0.3Mg（wt.%）合金（以下简称A17SiMg合金）中的细化和变质行为进行研究,并将其应用到半固态压铸过程中以提高合金的力学性能。细化方面,研究熔体静置时间和凝固中冷却速度对Ce/La细化作用的影响规律,并分析α-Al晶粒形核及生长过程,提出Ce/La的细化机制;变质方面,研究了 Ce/La添... 

【文章来源】：北京科技大学北京市211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：141 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 亚共晶铝硅合金及其凝固特性
    1.2 亚共晶铝硅合金初生铝细化研究现状
        1.2.1 铝钛硼细化剂及其细化机理
        1.2.2 铝稀土细化剂的细化作用
        1.2.3 铝稀土细化剂细化机理探究
    1.3 亚共晶铝硅合金共晶硅变质研究现状
        1.3.1 冷却变质共晶硅
        1.3.2 锶变质共晶硅
        1.3.3 稀土变质共晶硅
    1.4 亚共晶铝硅合金变质机理研究现状
        1.4.1 抑制共晶硅形核机制
        1.4.2 影响共晶硅生长机制
        1.4.3 原子尺度探究共晶硅变质机理
    1.5 细化变质在半固态成形工艺下的研究现状
        1.5.1 半固态成形技术简介
        1.5.2 半固态成形工艺下的初生铝细化
        1.5.3 半固态成形工艺下的共晶硅变质
        1.5.4 稀土在半固态工艺下的应用现状
    1.6 主要研究内容与主要创新点
        1.6.1 主要研究内容
        1.6.2 主要创新点
2 实验材料及研究方法
    2.1 实验原材料
    2.2 实验设备及材料制备
        2.2.1 合金熔炼和制备
        2.2.2 温度采集系统
        2.2.3 半固态制浆及压铸设备
        2.2.4 热处理工艺参数
    2.3 组织结构表征
        2.3.1 微观组织分析
        2.3.2 透射电镜分析
    2.4 材料性能测试
3 Ce/La在A17SiMg合金中的细化作用及其凝固行为
    3.1 引言
    3.2 铝稀土中间合金的组织分析
    3.3 静置时间对Ce/La细化作用的影响规律
        3.3.1 晶粒细化标准测试方法
        3.3.2 不同静置时间下Ce/La对初生铝的细化作用
        3.3.3 Ce/La与铝钛硼细化剂在不同静置时间下的细化效果对比
    3.4 冷却速度对Ce/La细化作用的影响规律
        3.4.1 合金冷却曲线及冷却速度计算
        3.4.2 混合稀土在不同冷速下对初生铝的细化作用
        3.4.3 纯稀土在不同冷速下对初生铝的细化作用
    3.5 Ce/La对初生铝的细化机理
        3.5.1 形核过程
        3.5.2 长大过程
    3.6 本章小结
4 Ce/La在A17SiMg合金中的变质作用及其凝固行为
    4.1 引言
    4.2 冷却速度对未变质共晶硅组织影响
        4.2.1 冷却曲线及特征点分析
        4.2.2 不同冷速下共晶硅尺寸和形貌变化
        4.2.3 不同冷速下共晶硅表面孪晶组织
    4.3 低冷速下Ce/La添加量对共晶硅的变质作用
        4.3.1 冷却曲线及特征点分析
        4.3.2 不同Ce/La添加量下共晶硅组织演变
        4.3.3 不同Ce/La添加量下稀土化合物组织
        4.3.4 低冷速下Ce/La的变质机理
    4.4 冷却速度对Ce/La变质共晶硅组织影响
        4.4.1 冷却曲线及特征点分析
        4.4.2 不同冷速下Ce/La变质共晶硅的尺寸和形貌变化
        4.4.3 不同冷速下Ce/La变质共晶硅表面孪晶组织
        4.4.4 不同冷速下共晶硅上溶质元素分布
        4.4.5 高冷速下La原子在孪晶附近的分布规律
        4.4.6 不同冷速下富稀土化合物组织
        4.4.7 高冷速下Ce/La的变质机理
    4.5 本章小结
5 半固态压铸工艺下La对A17SiMg合金组织及性能影响
    5.1 引言
    5.2 冷却速度对La添加下A17SiMg合金组织及性能影响
        5.2.1 重力浇铸工艺下合金组织及力学性能
        5.2.2 半固态压铸工艺下合金组织及力学性能
    5.3 半固态压铸工艺下A17SiMg+0.1La合金组织及力学性能
        5.3.1 半固态坯料组织
        5.3.2 铸态组织及力学性能
        5.3.3 热处理制度优化
        5.3.4 热处理后组织及力学性能
    5.4 本章小结
6 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of Cooling Rate on Microstructure and Mechanical Properties of Sand-Casted Al-5.OMg-0.6Mn-0.25Ce Alloy[J]. Hua-Ping Tang,Qu-Dong Wang,Chuan Lei,Kui Wang,Bing Ye,Hai-Yan Jiang,Wen-Jiang Ding.  Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2019(12)
[2]A Review on Grain Refinement of Aluminum Alloys: Progresses,Challenges and Prospects[J]. Ren-Guo Guan,Di Tie.  Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(05)
[3]新型Al-Ti-B-RE中间合金的合成及其细化性能的研究（英文）[J]. 王正军,司乃潮.  稀有金属材料与工程. 2015(12)
[4]熔体冷却速度对稀土Y变质A356铝合金微观组织及拉伸性能的影响[J]. 袁灿,姚正军,檀廷佐,魏东博,徐军.  稀有金属与硬质合金. 2012(03)
[5]汽车轮毂用A356铝合金特点[J]. 毛协民.  资源再生. 2010(11)
[6]稀土在铝合金中微合金化研究进展[J]. 陈志国,周娴,舒军,黄裕金.  矿冶工程. 2010(02)
[7]Ce及变质工艺对ZL101A合金组织的影响[J]. 米国发,文涛,龚海军.  热加工工艺. 2009(03)
[8]镧对A356铝合金变质及其机制的研究[J]. 段海丽,张恒华,邵光杰,许珞萍,唐轩.  中国稀土学报. 2005(S2)
[9]锶在铸造铝硅合金中的变质行为[J]. 董光明,孙国雄,廖恒成.  特种铸造及有色合金. 2005(03)
[10]钛化物在铝熔体中的沉淀现象[J]. 于丽娜,刘相法,边秀房.  材料科学与工艺. 2003(02)

博士论文
[1]Eu和P对Al（-Zn）-Si合金凝固过程中硅相的变质机制研究[D]. 毛丰.大连理工大学 2018
[2]Al-Si合金半固态浆料制备技术及应用研究[D]. 梁小康.北京有色金属研究总院 2017
[3]319s铝合金高固相分数半固态压铸多尺度数值模拟方法与实验研究[D]. 胡小刚.北京科技大学 2017
[4]铝合金二次加热工艺与半固态成形力学模型研究[D]. 王姣姣.华东理工大学 2014
[5]AlSi7Mg合金共晶硅变质规律及其微观机制[D]. 李豹.哈尔滨工业大学 2011

硕士论文
[1]7050铝合金半固态压铸缺陷控制及组织性能研究[D]. 赵海越.北京有色金属研究总院 2019
[2]半固态铝合金—稀土初生α相在混沌对流中的凝固形貌演化规律[D]. 张嘉艺.江西理工大学 2016
[3]稀土对A356晶粒细化新机制的研究[D]. 黄美艳.江西理工大学 2012
[4]稀土细化半固态ZL101铝合金研究[D]. 石凯.江西理工大学 2010
[5]快冷与普通Al-Si钎料钎焊试样中Si元素的扩散行为研究[D]. 王冠.兰州理工大学 2005



本文编号：3633640