细化元素对过共晶Al-Si合金凝固特性的影响

发布时间：2017-08-25 23:42

  本文关键词：细化元素对过共晶Al-Si合金凝固特性的影响

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【摘要】：过共晶Al-Si合金是一种重要的铸造合金,广泛地应用在航空航天、汽车和电子封装行业,其主要性能取决于凝固后初生Si的形貌和尺寸,因此对初生相的凝固特性进行研究是十分必要的。本文采用电磁悬浮熔炼技术并结合激光辅助加热实现了Al-70%Si合金的热力学深过冷处理,利用高速摄影仪对Al-70%Si凝固过程中初生Si的结晶形态进行动态观测,使用扫描电子显微镜分析了合金凝固后的表面形貌,研究了过冷度、细化元素RE和P对初生Si生长特性的影响规律。本文取得的主要研究结果有：(1)Al-70%Si合金的凝固特性和组织形貌与其过冷度有关。当过冷度小于122 K时,初生Si呈粗大的长条状,表现出小平面生长方式的特性。当过冷度介于122 K与230 K之间时,初生Si一部分以明显棱角和孪晶沟槽的长条状和块状形式存在,一部分以规则排列的枝晶状和球状形式存在,表现为中间生长方式的特征。当过冷度达到230 K时,初生Si呈现均匀细小的短棒状或球状,表现出非小平面生长的特性。由此可知,初生Si生长方式有三种：小过冷度下的小平面生长,中等过冷度下的中间生长和大过冷度下的非小平面生长。随着过冷度增加,初生Si发生由侧面生长方式到中间生长方式的转变和由中间生长方式到连续生长方式的转变,发生两次转变的临界过冷度△T1和△T2分别为122 K和230 K。(2)RE元素对Al-70%Si合金中初生Si生长方式影响显著。加入0.5%RE后,初生Si生长方式转变的临界过冷度△T1和△T2分别为104 K和212 K；加入1.0%RE后,初生Si生长方式转变的临界过冷度△T1和AT2分别为80 K和200 K；加入1.5%RE后,初生Si生长方式转变的临界过冷度△T1和△T2分别为65 K和190 K。能谱分析结果表明,RE元素主要分布在晶界处。RE元素降低了Al-70%Si合金中初生Si生长方式转变所需的2个临界过冷度△T1和△T2,这是由于固/液界面前沿富集的RE元素抑制了初生Si生长。(3)添加P元素促进了初生Si的形核,降低了初生Si生长方式转变所需的临界过冷度。加入0.5%P后,初生Si生长方式转变的临界过冷度△T1和△乃分别为92 K和206 K；加入1.0%RE后,初生Si生长方式转变的临界过冷度△T1和△T2分别为56 K和179 K。
【关键词】：电磁悬浮 高速摄影 深过冷 生长方式 临界过冷度
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG292
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 固-液界面模型10-13
• 1.3 过冷熔体的凝固13-18
• 1.3.1 晶体的形核13-16
• 1.3.2 晶体的生长16-18
• 1.4 快速凝固技术18-22
• 1.4.1 动力学急冷快速凝固技术18-20
• 1.4.2 热力学深过冷快速凝固技术20-22
• 1.5 课题研究的主要内容、目的及意义22-23
• 2 实验方法及过程23-31
• 2.1 实验设备及仪器23-26
• 2.1.1 高真空单辊旋淬及悬浮熔炼联合设备23-24
• 2.1.2 高速摄影仪24
• 2.1.3 红外测温仪24-25
• 2.1.4 CO_2激光器25-26
• 2.2 实验原理26-28
• 2.2.1 电磁悬浮熔炼26-27
• 2.2.2 深过冷处理27-28
• 2.3 实验材料28
• 2.4 实验方法28-29
• 2.5 过冷Al-70%Si合金过冷度的测量29-31
• 3 过冷度对Al-70%Si合金凝固特性的影响31-43
• 3.1 过冷Al-70%Si合金凝固过程的表面形貌32-34
• 3.2 过冷Al-70%Si合金凝固后的表面形貌34-36
• 3.3 初生Si生长形貌发生改变的原因36-40
• 3.4 Al-70%Si合金中初生硅生长方式发生转变临界过冷度的计算40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 RE对Al-70%Si合金凝固特性的影响43-55
• 4.1 Al-70%Si-0.5%RE合金凝固过程与凝固后的微观组织研究43-46
• 4.2 Al-70%Si-1.0%RE合金凝固过程与凝固后的微观组织研究46-48
• 4.3 Al-70%Si-1.5%RE合金凝固过程与凝固后的微观组织研究48-50
• 4.4 RE对Al-70%Si合金生长方式转变临界过冷度的影响50-53
• 4.5 本章小结53-55
• 5 P对Al-70%Si合金凝固特性的影响55-63
• 5.1 Al-70%Si-0.5%P合金凝固过程和凝固后的微观组织研究55-58
• 5.2 Al-70Si%-1.0%P合金凝固过程和凝固后的微观组织研究58-60
• 5.3 P对初生Si形核和生长的影响60-62
• 5.4 本章小结62-63
• 6 结论63-65
• 参考文献65-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71-72
• 致谢72-74

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