快速凝固过共晶Al-Si合金的显微组织及其热稳定性

发布时间：2020-01-19 15:50

【摘要】：采用扫描电镜(SEM)、差热分析仪(DSC)和X射线衍射仪(XRD),分析快速凝固过共晶Al-Si合金粉末显微组织和结构特征及其在不同退火温度和保温时间条件下过饱和固溶Si元素析出和Si相粗化行为。结果表明:快速凝固Al-Si合金显微组织中细小的块状初晶Si相和针状共晶Si相均匀分布在α(Al)基体中;气雾化过程获得的高过冷度导致Al基体晶格发生畸变,其在退火过程中得到一定程度的缓解。对快速凝固Al-Si合金中析出Si相粗化行为的分析发现,析出Si相随退火温度升高或保温时间延长而不断粗化;但其粗化不符合经典LSW理论(粗化指数n为3),粗化机制接近由扩散速率较快的界面扩散控制(n接近2)。此外,退火温度仅对粗化速率常数和激活能有较大影响,而对粗化指数的作用不明显。
【图文】：

中国有色金属学报2015年3月620放热峰，这与水雾化Al-Si合金粉末的DSC曲线类似[14]。根据文献[1819]中对快速凝固Al-Si系列合金的分析，大部分认为第一个放热峰主要为基体中过饱和固溶Si原子析出而形成Si相的反应；而对于第二放图1快速凝固Al-Si合金粉末截面和表面显微组织Fig.1Cross-sectional(a)andsurface(b)microstructuresofrapidlysolidifiedAl-Sialloypowder图2快速凝固Al-Si合金粉末的DSC曲线Fig.2DSCcurveofrapidlysolidifiedAl-Sialloypowder热峰的分析还没有统一定论，根据目前的观察认为该反应是基体中初晶Si相、共晶Si相以及析出的Si原子的聚集和粗化导致的放热反应。放热现象不明显主要是由于过饱和Si相析出耗费很大的储能，因此，粗化过程需要在较高的温度下才明显。从图2还可以看出，合金粉末在稍低于平衡态共晶温度(577℃)时开始发生部分熔化，根据最小界面能量原理，共晶相熔化分解出来的Si相颗粒将聚集长大并向球状演变。因此，在高于共晶温度加热保温时，Si相粗化所需时间很短，粗化现象很明显[20]。2.2加热过程的组织结构演变快速凝固Al-Si合金粉末在热变形致密化过程中，Si元素析出与Si相长大是导致材料力学性能降低的主要原因。为了更好地保持快速凝固合金的组织结构特征，必须选择合适的热致密化工艺参数，下面分析在加热保温过程中Si元素析出与Si相长大与加热温度和保温时间的关系。2.2.1加热温度对显微组织的影响快速凝固Al-Si合金粉末在不同退火温度下保温160min后的截面显微组织如图3所示。由图3可知，与雾化粉末相比，在退火温度较低时(300℃)，初晶Si相的形貌和尺寸没有明显变化；随着退火温度的升高(400~450℃)，块状初晶Si相发生显著尖角钝化。而针状共晶Si相则在较低温度下(300

中国有色金属学报2015年3月620放热峰，这与水雾化Al-Si合金粉末的DSC曲线类似[14]。根据文献[1819]中对快速凝固Al-Si系列合金的分析，大部分认为第一个放热峰主要为基体中过饱和固溶Si原子析出而形成Si相的反应；而对于第二放图1快速凝固Al-Si合金粉末截面和表面显微组织Fig.1Cross-sectional(a)andsurface(b)microstructuresofrapidlysolidifiedAl-Sialloypowder图2快速凝固Al-Si合金粉末的DSC曲线Fig.2DSCcurveofrapidlysolidifiedAl-Sialloypowder热峰的分析还没有统一定论，根据目前的观察认为该反应是基体中初晶Si相、共晶Si相以及析出的Si原子的聚集和粗化导致的放热反应。放热现象不明显主要是由于过饱和Si相析出耗费很大的储能，因此，粗化过程需要在较高的温度下才明显。从图2还可以看出，合金粉末在稍低于平衡态共晶温度(577℃)时开始发生部分熔化，根据最小界面能量原理，共晶相熔化分解出来的Si相颗粒将聚集长大并向球状演变。因此，在高于共晶温度加热保温时，Si相粗化所需时间很短，粗化现象很明显[20]。2.2加热过程的组织结构演变快速凝固Al-Si合金粉末在热变形致密化过程中，Si元素析出与Si相长大是导致材料力学性能降低的主要原因。为了更好地保持快速凝固合金的组织结构特征，必须选择合适的热致密化工艺参数，下面分析在加热保温过程中Si元素析出与Si相长大与加热温度和保温时间的关系。2.2.1加热温度对显微组织的影响快速凝固Al-Si合金粉末在不同退火温度下保温160min后的截面显微组织如图3所示。由图3可知，与雾化粉末相比，在退火温度较低时(300℃)，初晶Si相的形貌和尺寸没有明显变化；随着退火温度的升高(400~450℃)，块状初晶Si相发生显著尖角钝化。而针状共晶Si相则在较低温度下(300

【参考文献】

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1 李志辉;张永安;熊柏青;朱宝宏;刘红伟;王锋;魏衍广;张济山;;快速凝固硅铝合金材料的组织与性能[J];稀有金属材料与工程;2010年09期

2 ;Characteristics and Microstructure of a Hypereutectic Al-Si Alloy Powder by Ultrasonic Gas Atomization Process[J];Journal of Materials Science & Technology;2001年01期

3 李树索,赵爱民,毛卫民,钟雪友,韩雅芳;半固态过共晶Al-Si合金显微组织中近球形α相形成机理的研究[J];金属学报;2000年05期

4 张磊;杨滨;;热等静压对电子封装60wt%Si-Al合金组织与性能的影响[J];塑性工程学报;2010年04期

5 沈军,孙剑飞,谢壮德,周彼德,李庆春;快速凝固高硅铝合金粉末显微组织及时效特性[J];特种铸造及有色合金;2001年04期

6 丁道云，，孙章明，陈振华;快速凝固过共晶铝硅合金粉末特性[J];中南工业大学学报;1995年01期

7 M.TEBIB;J.B.MORIN;F.A JERSCH;X.GRANT CHEN;;Semi-solid processing of hypereutectic A390 alloys using novel rheoforming process[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2010年09期

8 王话;于福晓;孙振国;;快速凝固铝硅合金粉末加热过程中硅颗粒的粗化行为[J];铸造;2007年01期

【共引文献】

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1 杨卯生,毛卫民,钟雪友;半固态合金成形的技术现状与展望[J];包头钢铁学院学报;2001年02期

2 杨伏良;甘卫平;陈招科;;高硅铝合金几种常见制备方法及其细化机理[J];材料导报;2005年05期

3 ;Structural Characteristics of Rapidly Quenched Al-Si Alloys[J];Journal of Materials Science & Technology;1994年03期

4 刘旭波,杨湘杰,田明;半固态Sn15wt.%Pb合金电导率与其微观组织结构的关系[J];材料科学与工程学报;2005年03期

5 黄维超,卢雅琳,江海涛,李淼泉;变形条件对半固态Al-4Cu-Mg合金微观组织的影响[J];稀有金属材料与工程;2005年05期

6 齐元昊;杨光昱;张丽丽;介万奇;;Al-Zn-Mg-Cu合金半固态等温组织粗化研究[J];稀有金属材料与工程;2011年03期

7 弭尚林,符寒光;半固态铸造技术研究现状与展望[J];大型铸锻件;2003年01期

8 谢壮德,沈军,董寅生,周彼德,李庆春;快速凝固铝硅合金的制备、组织特征及断裂行为[J];粉末冶金技术;2000年02期

9 谢壮德,孙剑飞,沈军,周彼德,苏志军,乐红胜;超音速气雾化过共晶Al-Si合金粉末特性及组织[J];粉末冶金技术;2001年06期

10 谢壮德,沈军,孙剑飞,周彼德,李庆春;超音速气雾化高硅铝合金粉末高温加热组织及性能演变[J];粉末冶金技术;2002年04期

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2 虞觉奇;;快速凝固Y-1型A1-Si基钎料的研究[A];第四届全国电子工业焊接学术会议论文集[C];1992年

3 Xiaogang Hu;Bicheng Yang;Jun Xu;Haijun Wang;;Hot Deformation Behavior of A390 Hypereutectic Al-Si Alloy[A];中国材料大会2012第16分会场：材料先进制备加工技术论文集[C];2012年

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10 李虎田;电磁振荡对Al-Cu、Al-Si合金凝固组织影响规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2003年

【二级参考文献】

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2 梁志凯，田世藩，赵先国，任立平，李周;热等静压对喷射成形高温合金组织和性能的影响[J];材料工程;1996年07期

3 张强,孙东立,武高辉;电子封装基片材料研究进展[J];材料科学与工艺;2000年04期

4 詹美燕,陈振华;喷射沉积多孔材料的轧制变形理论[J];材料研究学报;2004年06期

5 肖于德,黎文献,谭敦强,马正青,王日初;挤压工艺参数对喷射沉积AlFe VSi合金棒材组织性能的影响[J];粉末冶金技术;2004年05期

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7 袁晓光,徐达鸣,张淑英,李庆春;喷射沉积Al-Si-Fe-Cu-Mg合金的微观组织和力学行为[J];金属学报;1997年03期

8 李顺朴，陈熙琛;Al－Si合金的共晶共生区及组织形成规律[J];金属学报;1995年02期

9 桂满昌，宋广生，贾均，李庆春;Al－l8％Si过共晶合金熔体结构特征及磷的影响[J];金属学报;1995年04期

10 孙有平;严红革;陈振华;陈刚;陈鼎;;喷射沉积7090/SiCp复合材料SiC颗粒分布均匀性研究[J];塑性工程学报;2008年06期

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1 袁丕厘;;第五届国际急冷金属会议[J];贵金属;1984年01期

2 刘玉林,宫克强,刘祥,王玉伟;快速凝固对铸铁合金性能的影响[J];东北工学院学报;1987年04期

3 P.R.Bridenbaugh;李长明;;快速凝固的粉末冶金[J];轻合金加工技术;1987年12期

4 巴发海,宋巧玲,沈宁福;连续冷却快速凝固过程中相组成的计算模型[J];材料科学与工程学报;2003年01期

5 云翠花;陈伯渠;王军;唐人剑;严彪;;快速凝固法制备的铍青铜微观形貌研究[J];金属功能材料;2007年06期

6 吴鸿亮;;快速凝固含硼高速钢的粉末制品[J];上海金属(钢铁分册);1984年02期

7 陈魁英,李庆春,郭俊清;快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型[J];科学通报;1991年04期

8 曹标,陈振华;快速凝固过程中的多定态与非晶转变[J];中国科学E辑:技术科学;1998年03期

9 张立春;何安强;吴玉琨;叶恒强;张永昌;;快速凝固Al-Li-Cu-Mg-Zr合金中Z相和T相的结构关系[J];金属学报;1993年08期

10 黄劲松,艾元方;快速凝固过程分析[J];中国钨业;2004年03期

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3 杨院生;惠希东;胡壮麒;;金属快速凝固的非平衡超急速传热传质模型[A];2000年材料科学与工程新进展（下）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

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5 房也;巴德纯;张以忱;杜文强;孙宝玉;;钕铁硼快速凝固过程温度场ANSYS模拟[A];真空技术与表面工程——第九届真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2009年

6 房也;巴德纯;张以忱;杜文强;孙宝玉;;钕铁硼快速凝固过程温度场ANSYS模拟[A];第九届真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2009年

7 邵国胜;沈宁福;;以会聚束μ—衍射确定快速凝固铝合金中显微颗粒相的结构[A];第五次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1988年

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9 王玉平;张润理;游一民;;快速凝固法制备细晶超细晶Cu-Cr合金的进展[A];2010输变电年会论文集[C];2010年

10 刘大博;戴圣龙;王田珍;李春玉;;快速凝固高阻尼Al-Fe-Mo-Si/Al合金的力学性能及阻尼特性[A];中国有色金属学会第三届学术会议论文集——科学技术论文部分[C];1997年

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本文编号：2571125