A1-25%Si合金Si相形態(tài)、變質(zhì)及性能研究.pdf

1、過共晶鋁硅合金是一種重要的鑄造合金,廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車制造等領(lǐng)域,由于鑄造組織中的粗大初晶硅相嚴(yán)重?fù)p害了其機(jī)械性能,大大限制了高硅過共晶鋁硅合金在更廣泛范圍內(nèi)的應(yīng)用。為進(jìn)一步挖掘該材料的性能潛力從而擴(kuò)展材料的使用范圍,本文對過共晶Al-25％Si合金進(jìn)行了相關(guān)的基礎(chǔ)性研究。
　　 為了更深入地認(rèn)識Al-25％Si合金的組織特征,本文采用不同的腐蝕、萃取方法,使用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X-射線衍射儀等試驗(yàn)分析手段,對A

2、l-25％Si合金中的八面體、五星柱狀、五瓣星狀等多種形貌初晶硅的形核和生長行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究,初步揭示了八面體初晶硅、五星柱狀初晶硅和五瓣星狀初晶硅的生長過程。運(yùn)用閔氏層錯亞臺階生長理論成功解釋了八面體和五星柱狀初晶硅的生長機(jī)制,認(rèn)為八面體五重孿晶凝并形成的五角多面體是五星柱狀初晶硅的晶核,其后五角多面體晶核以層錯在各生長面{111}上產(chǎn)生的亞臺階為生長臺階源,層層堆疊長大形成了五星柱狀初晶硅。五星柱狀初晶硅是五瓣星狀初晶硅的生長初始

3、形態(tài)。運(yùn)用TPRE機(jī)制解釋了Al-25％Si合金中三瓣星、四瓣星及五瓣星狀初晶硅的生長,認(rèn)為TPRE機(jī)制是五瓣星狀初晶硅的主要生長機(jī)制。揭示了雜質(zhì)元素對五瓣星狀初晶硅和板塊狀初晶硅生長過程的影響,提出板塊狀初晶硅的生長規(guī)律,推斷板塊狀初晶硅在熔體中的生長也可能遵循層狀生長機(jī)制。
　　 采用多種檢測分析方法,對P、RE、Sr單一和復(fù)合變質(zhì)下Al-25％Si合金中的初晶硅、共晶硅及化合物相進(jìn)行深入地分析研究。試驗(yàn)總結(jié)P、RE、Sr單

4、一變質(zhì)對合金初晶硅和共晶硅相形貌、尺寸和分布的影響規(guī)律,開發(fā)出一種新型Sr+P+RE復(fù)合變質(zhì)劑,該復(fù)合變質(zhì)劑對Al-25％Si合金具有良好的變質(zhì)效果。通過設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn),考察復(fù)合變質(zhì)劑中P、RE、Sr加入量對Al-25％Si合金顯微組織形態(tài)的影響,確定合金復(fù)合變質(zhì)劑的最佳添加范圍,初步揭示了變質(zhì)劑加入量與初晶硅、共晶硅的尺寸與形貌之間的關(guān)系。試驗(yàn)確定了三元復(fù)合變質(zhì)劑的最佳加入溫度(Sr-750℃,P-840℃,RE-840℃)、加入順序(

5、Sr,P,RE)、各元素加入量(Sr-0.06％,P-0.12％,RE-0.8)及變質(zhì)時間(Sr-30min,P-10min,RE-10min)等工藝參數(shù),為Al-25％Si合金工業(yè)化應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。
　　 采用正交試驗(yàn)方法,極差、回歸擬合等分析手段,分析了Cu、Mg、Mn的加入量對合金高溫抗拉強(qiáng)度σb,300℃、磨損率u及熱膨脹性能α的影響規(guī)律,分別建立了三種性能與Cu、Mg、Mn加入量之間的效應(yīng)曲線。根據(jù)Al-25

6、％Si合金要達(dá)到的本課題技術(shù)要求σb,300℃≥137MPa,u≤1.134和α≤18.364×10-6℃,利用極差和回歸分析手段確定了Al-25％Si合金的合理成分范圍:24～26％Si,2.2‰2～5％Cu,0.3％～1.0％Mg,0.2％～0.3％Mn,0.35％Ti,0.2％Zn,余量Al。
　　 通過對變質(zhì)和成分優(yōu)化后Al-25％Si合金進(jìn)行性能驗(yàn)證。研究變質(zhì)前后過共晶Al-25％Si合金中Si相的形貌、尺寸及分布對合

7、金高溫拉伸性能、耐磨性和熱膨脹特性的影響。高溫拉伸試驗(yàn)和磨損試驗(yàn)表明,隨著初晶硅的細(xì)化、圓整化,材料的高溫強(qiáng)度和耐磨性都有明顯提高,變質(zhì)處理后Al-25％Si合金的高溫?cái)嗔褳榇嘈院晚g性的混合斷裂,磨損機(jī)制則是典型的磨粒磨損；熱膨脹性能則主要取決于合金中的硅含量,微觀組織的影響在其次。試驗(yàn)揭示了過共晶Al-25％Si合金的成分、組織和性能之間的內(nèi)在關(guān)系,為提高過共晶Al-25％Si合金高溫抗拉強(qiáng)度和耐磨性及降低合金熱膨脹特性的根本途徑。結(jié)