铒元素对亚共晶A356合金组织与力学性能的影响

发布时间：2020-10-15 11:09

　　 A356合金具有质量轻、比强度高、耐腐蚀、铸造性能优良等特点,在汽车制造与国防工业领域得到了广泛的应用。但是A356合金组织在凝固时容易形成粗大针状共晶硅,在受力时易引起应力集中,严重损害合金力学性能。化学元素变质方法因其变质简便高效,广泛应用于工业铝硅合金生产中。本文选用稀土铒(Er)元素,研究了变质元素含量对A356合金中共晶硅形貌与尺寸的影响,分析了变质剂添加量对合金微观组织与力学性能的影响;讨论了冷速、变质温度、保温时间与Er元素交互作用对硅相形貌的影响,寻找最佳变质参数;通过Er与P交互实验讨论其变质机制。综合实验与理论分析,本文取得的研究成果如下:1.Er元素对A356合金有一定变质作用,可将共晶硅形貌由粗大片层状转变为珊瑚状,有效细化共晶硅,改善其纵横比,其最佳加入量为0.3%。稀土Er元素的加入,提高了T6热处理对硅相的球化效果。合金中Er含量为0.3%时,合金由脆性断裂转变为韧性断裂,铸态与T6热处理后的合金质量指数分别提升了37.2%与23.3%。2.系统研究了冷却速度、变质温度、保温时间等实验参数对变质合金中共晶硅形貌的影响。研究发现共晶硅的变质效果与冷速有关,随着冷速的提高,共晶硅的变质效果越好。通过变质温度与保温时间的实验,发现Er元素在740℃保温,保温时间30分钟时变质效果最好。提高变质温度与延长保温时间容易导致变质元素氧化,失去变质效果。对Er元素变质后合金进行反复重熔,发现重熔3次以内,共晶硅的变质效果未衰退。3.通过Er与P元素在高纯Al-7Si合金中的交互实验,发现Er元素无法变质高纯Al-7Si合金中共晶硅的形貌。当合金中加入P元素时,共晶硅发生粗化。EDX分析表明Er元素可以通过形成Al-Si-Er金属化合物包裹AlP颗粒,或者固溶于AlP颗粒内,抑制其形核效果。合金完全变质所需Er元素的含量与基体所含P元素的量成正比。热分析表明Er元素通过抑制共晶硅形核,降低共晶反应平台,提升再辉温度,最终增大过冷度。而过冷度增大促进共晶硅形貌转变,说明Er元素变质主要是通过抑制形核来完成的。透射照片显示,Er元素变质后的共晶硅基体内的孪晶相互平行,表明Er元素变质与Sr、Na元素的变质方式不同,可能仅通过毒化形核方式变质共晶硅。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.21
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 亚共晶Al-Si合金研究现状
        1.2.1 细化初生α-Al
        1.2.2 变质共晶硅
        1.2.3 去除杂质元素
    1.3 A356合金中共晶硅的变质元素
        1.3.1 Na元素变质剂
        1.3.2 Sr元素变质剂
        1.3.3 Sb元素变质剂
        1.3.4 Ca元素变质剂
        1.3.5 Te元素变质剂
        1.3.6 Ba元素变质剂
        1.3.7 Co元素变质剂
        1.3.8 稀土元素变质剂
        1.3.9 其它共晶硅变质方法
    1.4 Al-Si合金变质机理
        1.4.1 变质抑制形核机制
        1.4.2 变质改变生长方式机制
        1.4.3 不同工艺参数对共晶硅变质效果的影响
    1.5 本文主要研究思路
2 实验方法
    2.1 实验材料及设备
        2.1.1 实验材料选取
        2.1.2 实验设备
    2.2 合金的熔炼与制备
        2.2.1 工业A356合金的制备
        2.2.2 高纯Al-7Si-(P)合金的制备
    2.3 材料成分分析与力学性能测试
        2.3.1 成分分析
        2.3.2 微观组织分析
        2.3.3 力学性能测试
    2.4 热处理工艺
    2.5 冷却曲线采集与液淬实验
3 Er元素对A356合金组织与力学性能的影响
    3.1 前言
    3.2 Er元素对A356合金组织的影响
        3.2.1 Er元素对A356合金中初生α-Al的影响
        3.2.2 Er元素对共晶硅的影响
        3.2.3 Er元素对A356合金凝固行为影响
        3.2.4 液淬宏观组织
    3.3 T6热处理对A356合金组织的影响
    3.4 Er含量对A356合金力学性能的影响
    3.5 断口分析
    3.6 本章小结
4 变质工艺对Er元素变质效果的影响
    4.1 前言
    4.2 冷速对共晶硅变质效果的影响
    4.3 变质温度对硅相形貌的影响
    4.4 保温时间对硅相变质效果的影响
    4.5 重熔对共晶硅形貌的影响
    4.6 本章小结
5 Er与P交互作用对Al-7Si合金中共晶硅变质效果的影响
    5.1 前言
    5.2 Er与P在高纯Al-7Si合金中交互作用
        5.2.1 液淬宏观组织
        5.2.2 液淬微观组织及热分析曲线
        5.2.3 Er元素在Al-7Si合金中分布
    5.3 Er变质亚共晶Al-7Si合金变质机制探讨
        5.3.1 A356合金冷却曲线分析
        5.3.2 Er变质对共晶硅生长的影响
    5.4 本章小结
6 结论
参考文献
攻读硕士学位期间科研项目及科研成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2842096