Al-Si系合金的熔体温度处理及其凝固过程研究

发布时间：2017-05-27 11:01

  本文关键词：Al-Si系合金的熔体温度处理及其凝固过程研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Al-Si合金是铸造铝合金中最重要的一个系列，具有广泛的应用基础。为克服其传统组织细化方法的不足，熔体温度处理细化Al-Si合金组织的研究引起人们的关注。但目前的研究主要集中于具体亚共晶成分商用铝合金和过共晶Al-Si合金，研究缺乏系统性。本文结合示差扫描量热(DSC)分析实验，较系统地研究了Al-Si系合金的熔体温度处理对其凝固组织的影响及Al-Si系合金的熔体结构，研究结果对相关研究具有重要的理论和实际指导意义。 实验结果表明：亚共晶Al-7％Si合金在750-1100℃进行熔体温度处理时，过热温度对二次枝晶的细化作用不明显，而组织的均匀性随着过热温度的升高而变好；熔体处理温度的高低对合金凝固过程产生影响，熔体温度处理时的非平衡弛豫过程和不可逆过程使熔体状态变化出现滞后效应，从而影响凝固界面形态的稳定性。当过热度低时，界面稳定性随过热温度的增加而提高，当过热度超过临界过热度时，界面前沿成分过冷区增大，导致界面稳定性随温度升高而降低；等温处理时，随着保温时间由短到长，减少了熔体中形核质点的数目，使得凝固过程中形核过冷度增大，从而降低了界面的稳定性，导致800℃温度处理时α(Al)枝晶体积分数增加。 共晶Al-12％Si合金在750-1100℃温度范围的熔体温度处理实验结果表明：凝固组织随过热温度的升高总体上呈现出细化、均匀的趋势；在多数温度处理下的组织中都发现了α(Al)枝晶与初晶Si共存的“晕圈”现象；经1000℃熔体热处理后的凝固组织中，α(Al)枝晶消失，组织中没有晕圈出现；800℃熔体处理时，随着保温时间由短到长，组织中的α(Al)枝晶经历了破碎到完整的过程。 过共晶Al-20％Si合金在750-1100℃温度范围的熔体温度处理实验结果表明：随着过热温度的提高，初晶硅颗粒的尺寸出现由小变大，然后又变小的规律；经过1100℃熔体处理后，初晶硅的析出明显受到抑制，尺寸大为减小，并有球化趋势；800℃熔体处理时，随着保温时间的延长，，初晶硅颗粒的尺寸由小变大，延长保温时间的作用等同于适当提高过热温度的作用；凝固组织中观察到了五瓣星状初晶硅。 对不同成分的Al-Si合金所进行的大量DSC实验结果表明，该合金在液态区域存在额外的热效应，说明合金在液态时发生结构变化。在所有成分Al-Si合金中的升温阶段均发现存在额外热效应，分析认为其主要是由于母体Al的熔体结构的变化而引起的；在过共晶Al-20％Si合金熔体处理后的降温过程中发现了熔体的结构变化，分析认为这主要是由熔体中的Si-Si原子团簇的不断产生和分解造成的。 重庆大学硕士学位论文 研究表明，Al一Si合金熔体结构在液相线以上可分为三个区域:高于上临界温 度的成分结构均匀区，处于上、下临界温度之间的结构转变区，低于下临界温度 的成分和结构不均匀区。合金的熔体结构将对其凝固组织产生遗传影响，熔体中 的原子集团是合金的性质由液态向固态传递的载体。 关键词:熔体处理，Al一si合金，凝固组织，熔体结构，原子团簇
【关键词】：熔体处理 Al-Si合金 凝固组织 熔体结构 原子团簇
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TG27
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-12
• 1 绪论12-28
• 1．1 熔体温度处理的提出及发展12-15
• 1．2 熔体温度处理的研究现状15-18
• 1．2．1 Al-Si合金系的研究现状15-16
• 1．2．2 其它合金系的研究现状16-18
• 1．3 熔体温度处理的主要方法18
• 1．3．1 过热处理18
• 1．3．2 热时处理18
• 1．3．3 热速处理18
• 1．4 熔体温度处理的理论依据18-21
• 1．5 熔体结构对凝固组织的遗传影响21-24
• 1．6 课题的目的及意义24-25
• 1．7 课题的主要研究内容25-28
• 2 实验方法及内容28-30
• 2．1 实验材料28
• 2．2 实验项目28
• 2．3 实验方法28-30
• 2．3．1 示差扫描量热分析(DSC)28
• 2．3．2 常规熔炼条件下的熔体温度处理28-29
• 2．3．3 金相显微组织观测29-30
• 3 亚共晶铝硅合金的熔体温度处理30-40
• 3．1 亚共晶铝硅合金熔体温度处理凝固组织30-32
• 3．1．1 亚共晶组织与熔体过热温度的关系30-31
• 3．1．2 亚共晶组织与熔体过热时间的关系31-32
• 3．2 熔体过热温度对凝固过程的影响32-38
• 3．2．1 影响固／液界面的因素33-34
• 3．2．2 熔体过热对界面稳定性的影响34-38
• 3．3 熔体保温时间凝固过程的影响38
• 3．4 小结38-40
• 4 共晶成分铝硅合金的熔体温度处理40-50
• 4．1 共晶铝硅合金熔体温度处理凝固组织40-42
• 4．1．1 凝固组织与熔体过热温度的关系40-41
• 4．1．2 共晶组织与熔体过热时间的关系41-42
• 4．2 熔体温度处理与共晶共生区的关系42-47
• 4．2．1 共晶组织的形态42-43
• 4．2．2 非平衡冷却条件下Al-Si合金的共晶共生区(Couple—Zone)43-44
• 4．2．3 共晶Al-Si合金的凝固组织与熔体过热度的关系44-47
• 4．3 小结47-50
• 5 过共晶铝硅合金的熔体温度处理50-64
• 5．1 过共晶铝硅合金熔体温度处理凝固组织50-52
• 5．1．1 过共晶组织与熔体过热温度的关系50
• 5．1．2 过共晶组织与熔体过热时间的关系50-52
• 5．2 熔体温度处理与过共晶组织的关系52-54
• 5．2．1 熔体过热温度对凝固组织的影响52-54
• 5．2．2 熔体过热时间对凝固组织的影响54
• 5．3 硅的生长方式及形貌54-62
• 5．3．1 硅的晶体结构54-55
• 5．3．2 硅的生长方式55-58
• 5．3．3 过共晶合金中初晶硅的形貌58-59
• 5．3．4 过共晶合金中共晶硅的形貌59-60
• 5．3．5 五瓣星状初晶硅的形核机制分析60-62
• 5．4 小结62-64
• 6 Al-Si系合金的熔体结构及其遗传性研究64-84
• 6．1 示差扫描量热(DSC)分析实验结果64-76
• 6．2 DSC实验结果分析76-83
• 6．2．1 升温阶段的额外热效应分析77
• 6．2．2 降温阶段的额外热效应分析77-78
• 6．2．3 金属熔体结构及性质的研究78-79
• 6．2．4 合金凝固过程中的遗传方式79-80
• 6．2．5 Al-Si合金熔体中的微观不均匀区80-83
• 6．3 回顾与展望83
• 6．4 小结83-84
• 7 结论84-86
• 致谢86-88
• 参考文献88-92
• 附录 作者在攻读硕士学位期间所发表的论文92-94

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 吴东旭;阎峰云;王硕;邵敬涛;樊志斌;;阶段平衡降温法提取硅的研究[J];有色金属(冶炼部分);2013年04期

2 王连登;朱定一;王尤生;宋伟;陈永禄;魏U喠

本文编号：399704