复合变质对过共晶铝硅合金组织及性能的影响

发布时间：2017-06-25 07:06

  本文关键词：复合变质对过共晶铝硅合金组织及性能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会的进步，制造业的飞速发展，人类物质生活不断提高，出现了资源和能源逐渐枯竭，生存环境逐渐恶化的严重问题。这要求使用可持续发展的材料。另一方面，在节能、节材的要求下，材料又向着轻量化方向发展，以减轻自重、提高功率质量比，达到高速、高效、节能和减轻污染的目的。本文研究的铸造过共晶铝硅合金就是符合可持续发展的材料之一。因为从过共晶铝硅合金的性能来看：它具有优异的低膨胀性能，有很高的耐磨性、耐蚀性、较小的比重和良好的导热性。因此，它被广泛的应用于汽车、航天等领域。在汽车工业方面，研究开发高性能的汽车材料成为汽车工业发展的一个重要课题，别是关键零部件材料，如发动机活塞、转子等。 但是长期以来，困扰和限制过共晶铝硅合金应用的主要问题是这类合金的缺点：脆性大，切削加工性差。因为过共晶铝硅合金的显微组织由粗大板状多角形的初生硅和粗针状的共晶硅所组成。粗大的初生硅作为硬质点可以提高合金耐磨性，但因其硬而脆，割裂基体严重，故使合金的力学性能降低，同时加工性能变差，加工时刀具易磨损，表面光洁度差。因此，如何细化初生硅，提高合金的力学性能，对过共晶铝硅合金变质理论的完善发展及其应用具有极其重要的意义。 针对过共晶铝硅合金晶硅的细化变质问题，本文研究了不同体系变质剂对过共晶铝硅合金中晶硅细化的影响规律，发现了Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)是变质效果较佳的复合变质剂。用此复合变质剂对不同硅含量的过共晶铝硅合金进行了变质，得出了较佳的变质处理工艺参数。并对复合变质及T6热处理的过共晶铝硅合金进行了性能分析。 1 复合变质剂的组分配比 WP=74 为了研究不同变质剂及其组合对过共晶铝硅合金中晶硅变质效果的影响规律， 本实验配置了不同组分的变质剂，通过实验优选出较佳的变质剂组分，本文共设计了6种不同体系的变质剂。 (1) Al-Ti 体系； (2) Al-TiC 体系 Al-Ti-TiC 体系； (4) Al-TiC-P 体系 (5) Al-Ti-TiC-P 体系； (6) Al-Ti-TiC-P-Y(稀土) 体系 本文研究出的新型复合变质剂Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)的SEM、EDS及XRD分析如图1-1、1-2 所示： 图1-1复合变质剂Al-Ti-TiC-P的SEM和EDS Fig.1-1 SEM and EDS of composite modifier Al-Ti-TiC-P 图1-2 复合变质剂Al-Ti-TiC-P的XRD分析 Fig.1-2 XRD analysis of composite modifier Al-Ti-TiC-P 2、复合变质对过共晶Al-20wt.%Si合金组织的影响 用配制的6种复合变质剂对过共晶Al-20wt.%Si 合金进行变质处理，发现复合变质剂Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)对过共晶铝硅合金中晶硅的变质效果较佳。 WP=75 图2过共晶Al-20wt.%合金的显微组织 Fig2 Microstructure of hypereutectic Al-20w.t%Si alloy. (a)(b) unmodified as-cast alloy. (c)(d) composite modificatoin by addition of Al-Ti-TiC-P-Y(RE) composite modifier 从图中可以看出，复合变质后初生硅从大小、形态都到了明显改善。尺寸在5～20μm之间，形态由变质前的多角形、长条状变为规则的块状，分布也非常均匀。 复合变质剂Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)变质过共晶Al-20wt.%Si合金的工艺参数为：变质剂加入量0.5wt.%；变质时间5分钟；变质温度850℃。 随着过共晶铝硅合金中硅含量的增加，复合变质剂的加入量也需要随之相应的增加，硅含量每增加3wt.%，变质剂的加入量相应的增加0.3wt.%。 3、复合变质对不同硅含量的过共晶铝硅合金性能的影响 对不同硅含量的过共晶铝硅合金复合变质及T6热处理后，测试合金的性能，包括布氏硬度、磨粒磨损和抗拉强度，主要研究结果如下： (1) T6热处理可以改善过共晶铝硅合金组织，使共晶硅粒状化，由原来的针状、纤维状转变为椭球状。T6热处理对初晶硅影响不大，可以使长板状星 WP=76 形初生硅在尖角初发生熔断、钝化，但不改变初生硅尺寸。 (2) 复合变质后的过共晶铝硅合金布氏硬度明显提高，且随着含硅量的增加硬度也随着提高。五种硅含量(16.8wt%，19.6wt.%，，22.5wt.%，25.8wt.%，28.4wt.%)的过共晶铝硅合金变质后的布氏硬度比未变质铸态分别提高了26.2%，24%，22.8%，19.5%，18.9%；变质+T6热处理的布氏硬度比未变质+T6热处理分别提高了21.4%，15.5%，10%，1.2%，3.7%。 (3) 复合变质及T6热处理使过共晶Al-16.8wt.%Si合金的抗拉强度及韧性提高。未变质合金进行T6热处理，σb和δ比未变质铸态分别提高了29%和34.8%； 变质合金进行T6热处理的σb和δ比未变质合金进行T6热处理分别提高了10.1%和47.7%。 (4) 复合变质及T6热处理后，过共晶铝硅合金的耐磨性提高。T6热处理后，五种不同硅含量的实验合金的耐磨性比未变质合金分别提高了21.9%，16.6%，15.5%。24.9%，21.5%(5N)；10.8%，13.8%，13.3%，11.6%，22.2%(15N)。而变质合金进行T6热处理后，耐磨性比未变质合金进行T6热处理又有所提高，分别提高了4.5%，6.1%，9.2%，2.7%，9.9%(5N)；6.0%，6.1%，3.3%，1.2%，5.1%(15N)。 合金耐磨性的提高主要是因为复合变质后，初生硅得到细化，组织分布均匀，起到耐磨质点的作用。另外经T6热处理，合金基体得到明显强化，增加
【关键词】：过共晶铝硅合金 初晶硅 复合变质 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TG156
【目录】：

• 第一章 绪 论7-26
• 1.1 选题的意义7-8
• 1.2 过共晶铝硅合金的成分与组织性能8-14
• 1.2.1 过共晶铝硅合金的成分8
• 1.2.2 过共晶铝硅合金的组织与性能8-10
• 1.2.3 初生硅生长机制10-14
• 1.2.3.1 五瓣星形状生长机制10
• 1.2.3.2四面体凝并成十面体过程10-11
• 1.2.3.3 八面体凝并成五角多面体过程11-13
• 1.2.3.4 板片状生长机制13-14
• 1.3 过共晶铝硅台金的变质14-22
• 1.3.1 变质处理研究的发展14-15
• 1.3.2 初晶硅的变质15-21
• 1.3.2.1 稀土变质初晶硅15-17
• 1.3.2.2 Na变质初晶硅17-18
• 1.3.2.3 sr变质初晶硅18
• 1.3.2.4 P和Na双变质18-19
• 1.3.2.5 P和Sr的双变质19
• 1.3.2.6 P和C的双变质19
• 1.3.2.7 P和混合稀土的双重变质19-20
• 1.3.2.8 磷变质剂处理存在的问题20-21
• 1.3.3 变质机理的探讨21-22
• 1.3.3.1 磷变质机理的探讨21-22
• 1.3.3.2稀土变质机理的探讨22
• 1.4 其它细化晶硅的方法22-23
• 1.4.1 动力学方法对晶硅的细化22-23
• 1.4.2快速凝固技术对晶硅的细化23
• 1.5 过共晶铝硅合金在实际生产中的应用23-24
• 1.6 研究内容24-26
• 第二章 实验方法26-29
• 2.1 试验用原材料26
• 2.2 实验设备及方法26-27
• 2.2.1 复合变质剂的制备26-27
• 2.2.2 过共晶铝硅合金的制备27
• 2.2.3 过共晶铝硅合金的复合变质27
• 2.3测试方法27-29
• 2.3.1 成分测定27
• 2.3.2 XRD分析27-28
• 2.3.3 组织观察28
• 2.3.4 性能检测28-29
• 第三章 不同体系复合变质剂的设计方案29-35
• 3.1 Al-Ti、Al一TiC体系变质剂29-31
• 3.1.1 Al+Ti体系29-30
• 3.1.2 A1-TiC 体系30-31
• 3.2 A1-Ti-TiC、A1-TiC-P体系变质剂31-33
• 3.2.1 A1-Ti-TiC 体系231-32
• 3.2.2 AI-TiC-P体系变质剂32-33
• 3.3 A1-Ti-TiC-P、A1-Ti-TIC-P-Y(稀士)体系变质剂233-35
• 3.3.1 AI-Ti-TiC-P体系33-34
• 3.3.2 A1-Ti-TiC-P-Y(稀土)体系变质剂34-35
• 第四章 复合变质对过共晶铝硅合金组织的影响35-48
• 4.1 过共晶铝硅合金的复合变质35-36
• 4.1.1 过共晶铝硅合金的制备35
• 4.1.2 工艺参数的影响35-36
• 4.2 不同体系的变质剂对过共晶Al一20wt.％si合金组织的影响36-40
• 4.2.1 过共晶A1-20wt.%Si合金未变质组织36-37
• 4.2.2 At-Ti、A1-TiC 变质过共晶 A1-20wt.%Si合金37-38
• 4.2.3 A1-Ti-TiC、At-TiC-P变质过共晶A1-20wt.%Si合金38-39
• 4.2.4 Al-Fi-TiC-P、A1-Ti-TiC-P-Y(稀士)变质过共晶A1-20wt.％合金39-40
• 4.3 不同Al-Ti-TiC-P-Y(稀土)含量对AI-20wt.％Sl合金组织的影响40-42
• 4.4不同硅含量的过共晶铝硅合金变质处理参数的优化选择42-47
• 4.4.1 实验因素及水平的选择42-43
• 4.4.2 不同实验参数下的显微组织43-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 复合变质对过共晶铝硅合金性能的影响48-64
• 5.1 实验用A390合金的配制48
• 5.2 T6热处理48-56
• 5.2.1 T6热处理的工艺参数49
• 5.2.2 T6热处理对A390合金显微组织的影响49-56
• 5.3 复合变质对过共晶铝硅合金性能的影响56-63
• 5 3.1硬度试验56-58
• 5.3.2 拉伸试验58-60
• 5.3.3磨损试验60-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 结论64-66
• 致 谢66-67
• 参考文献67-73
• 摘 要73-77
• AbstractV77-80

【引证文献】

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3 李涛;;稀土变质对Al-30%Si过共晶合金Si相的影响[J];热加工工艺;2011年05期

4 沙萌;吴树森;王行涛;;Co对Al-20Si-2Cu-1Ni-0.5Mn合金微观组织和力学性能的影响[J];特种铸造及有色合金;2012年01期

5 余国勋;李华基;张晓萍;;复合变质对过共晶Al-24%Si合金组织的影响[J];冶金丛刊;2008年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：481174