Al-10Si-2Fe中间合金对铝硅合金组织的影响

发布时间：2017-07-06 06:10

  本文关键词：Al-10Si-2Fe中间合金对铝硅合金组织的影响

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【摘要】：铝硅合金是目前种类最多、应用最广泛的一类铝合金,采用一定熔体处理技术对其内部组织,如初生铝、初生硅、共晶团、共晶硅等进行调控是提高合金机械性能、加工性能的有效手段。目前主要通过向熔体添加与晶体结构相匹配的异质形核核心促进初生、共晶组织形核,或者调控其生长过程,达到细化晶粒、提高综合性能的目的。净化熔体、添加转化剂等也是控制气孔缺陷、改善有害中间合金相的分布和形态常用的手段。最近有研究以已有的形核理论为基础,提出了金属熔体的团簇聚合促进形核机理,进一步完善了金属凝固理论。铝硅合金熔体中存在结构有序的团簇,诱导硅相前驱体生成,能够促进硅相形核,细化合金组织,降低缺陷的不良影响,进而提高合金性能。本课题通过向铝硅合金熔体中添加一种Al-10Si-2Fe中间合金,产生局部有序的(AIFeSi)团簇,从三个方面展开研究：1、(AlFeSi)团簇诱导出的硅相前驱体对硅相形核和生长的影响；2、中间合金与熔体中原有铁元素的相互作用以及对富铁相和共晶团的影响；3、中间合金的孕育作用对气孔的影响。本文测定了工业纯度和高纯铝硅合金经过AlP和Al-10Si-2Fe中间合金孕育后的冷却曲线,对比了金相组织的差异,对经过Al-10Si-2Fe孕育处理后的初生硅和共晶硅分别进行SEM和TEM检测。发现(AlFeSi)团簇能够促使熔体中产生局部有序的硅相前驱体,这些前驱体结构不同于硅相,在高纯合金中增加形核过冷度,但是在杂质的参与下降低形核过冷度,促进硅相形核。前驱体团簇的堆积改变了硅相生长方式,抑制孪晶凹槽生长(TPRE)机制,造成硅相表面形态的改变和孪晶的消失,硅相得到不同程度的细化。凝固末期前驱体团簇以纳米颗粒的形式嵌在硅相中。通过体视显微镜、XRD、SEM表征并比较Al-10Si-xFe (x=0.1,0.4,0.7,1.0,1.3,1.6)经中间合金孕育后富铁相种类和共晶团尺寸的变化,得出熔体中原有的铁元素与中间合金的作用规律,即二者共同产生的(AlFeSi)团簇的结构与合金中原有的铁元素浓度相关。这些(AlFeSi)团簇能够促进与之结构相似的富铁相形核析出,作为形核模板,改变富铁相的相选择情况。在较高含铁量下,(AIFeSi)团簇诱导出的硅相前驱体数量增加,提高了共晶团细化效果。本文还比较了Al-10Si-0.1Fe和Al-10Si-1.0Fe合金在中间合金孕育后气孔平均面积、最大直径和分布的变化,分析了共晶团尺寸和中间合金形态变化对气孔尺寸和分布的影响。发现Al-10Si-2Fe中间合金能有效细化气孔,使气孔分布变得均匀。这主要得益于Al-10Si-2Fe中间合金在孕育过程中产生的(AlFeSi)团簇对共晶团的细化,另外富铁相形态和尺寸的改善也起到一定作用。
【关键词】：Al-10Si-2Fe中间合金 团簇 形核生长 富铁相 共晶团 气孔
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG292
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 课题背景及意义13-15
• 1.2 铝硅合金的组织细化15-19
• 1.2.1 异质形核孕育剂15
• 1.2.2 铝合金变质剂15-17
• 1.2.3 团簇形核孕育剂17-19
• 1.3 铝硅合金中富铁相的研究现状19-24
• 1.3.1 富铁相的存在形式和影响19-23
• 1.3.2 富铁相缺陷的改善23-24
• 1.4 铝硅合金中共晶团的研究现状24-26
• 1.5 铝硅合金中气孔的相关研究26-29
• 1.5.1 气孔的产生机制与影响因素26-28
• 1.5.2 气孔的表征与改善28-29
• 1.6 研究内容与研究目的29-31
• 第二章 实验过程及表征31-37
• 2.1 研究技术路线31-33
• 2.2 合金熔炼处理与表征33-35
• 2.2.1 对硅相形核和生长的研究33-34
• 2.2.2 对富铁相、共晶团和气孔的研究34-35
• 2.3 表征、测试设备35-37
• 第三章 Al-10Si-2Fe中间合金对硅相形核和生长的影响37-45
• 3.1 引言37
• 3.2 Al-10Si-2Fe中间合金对硅相形核的影响37-41
• 3.3 Al-10Si-2Fe中间合金对硅相生长的影响41-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 Al-10Si-2Fe中间合金对富铁相和共晶团的影响45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 不同含铁量下富铁相的变化45-54
• 4.3 不同含铁量下共晶团的变化54-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 微观组织变化对气孔的影响59-71
• 5.1 引言59
• 5.2 共晶团细化对气孔的影响59-67
• 5.3 富铁相的变化对气孔的影响67-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 创新与不足72-73
• 参考文献73-81
• 致谢81-83
• 附录83-84
• 学位论文评阅及答辩情况表84

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本文编号：524995