高硅過(guò)共晶鋁硅合金A390熔鑄工藝及其硅相的控制.pdf

1、過(guò)共晶鋁硅合金具有密度小、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好和鑄造性能好的特點(diǎn)，因此此類合金在生產(chǎn)耐磨性要求高的鑄件上得到了廣泛的應(yīng)用。A390合金是上世紀(jì)由美國(guó)研發(fā)的一種硅含量達(dá)到16.0％～18.0％的高硅過(guò)共晶鋁硅合金。由于A390較高的含硅量，使得該合金在鑄造過(guò)程中獲得的組織中，粗大的塊片狀初晶硅分布不均，共晶硅呈現(xiàn)針狀形貌，這樣的硅相組織形態(tài)嚴(yán)重的惡化了合金的力學(xué)性能，并降低了切削加工性能，特別是由于合金中粗大的初晶硅相容易從較軟的基體

2、上脫落，使合金的耐磨性無(wú)法得到充分的發(fā)揮，控制A390合金硅相形態(tài)成為了該合金得以應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。 本文即以探索A390合金硅相控制手段為目的自行設(shè)計(jì)了重力澆注模具，然后采用P、混合稀土和Sr三類變質(zhì)劑不同組合對(duì)過(guò)共晶鋁硅合金A390實(shí)施變質(zhì)處理，研究了不同變質(zhì)工藝對(duì)初晶硅的影響規(guī)律。對(duì)其經(jīng)過(guò)T6熱處理后的力學(xué)性能、硬度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。另外，通過(guò)對(duì)不同變質(zhì)處理后的A390合金的顯微組織、變質(zhì)劑的殘留量和磨損表面形貌的分析和測(cè)

3、定，研究考察了各種變質(zhì)元素對(duì)硅相控制的機(jī)理，找到了A390合金硅相控制的最佳途徑。 研究表明，采用P類變質(zhì)劑對(duì)過(guò)共晶鋁硅合金A390進(jìn)行變質(zhì)，只能細(xì)化初晶硅，無(wú)法變質(zhì)共晶硅。同樣，單獨(dú)加入La元素，也只能使初晶硅得到細(xì)化，共晶硅形貌沒(méi)有發(fā)生改變。采用P-RE復(fù)合變質(zhì)，則初晶硅和共晶硅均得到了變質(zhì)細(xì)化效果，初晶硅平均尺寸由單獨(dú)P變質(zhì)時(shí)的56μm減小到36μm，分布更加均勻，而且共晶硅也從長(zhǎng)針狀變?yōu)槎贪魻?。采用含有La、Ce的混合稀

4、土變質(zhì)時(shí)，La/Ce=2時(shí)對(duì)初晶硅的變質(zhì)效果優(yōu)于La/Ce=3時(shí)的變質(zhì)效果。經(jīng)過(guò)P加混合RE復(fù)合變質(zhì)后，其性能達(dá)到了：σ0.2=302MPa，δ=0.60％，HB=163。 P-Sr復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金時(shí)，變質(zhì)劑的加入順序?qū)ψ冑|(zhì)效果產(chǎn)生重要影響。先加入P后加入Sr時(shí)，初晶硅變?yōu)榛ò隊(duì)钚蚊?，共晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的圓點(diǎn)狀；相反地先加入Sr后加入P，與單獨(dú)P變質(zhì)相比，初晶硅進(jìn)一步細(xì)化，共晶硅變?yōu)槎贪魻?。采用Sr-P復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶硅鋁硅合

5、金時(shí)，先加入0.05％Sr，后添加1.0％PM，孕育20min后在760℃澆注時(shí)，能夠得到比較理想的變質(zhì)效果，初晶硅平均尺寸為36μm，最大尺寸為62μm，而且分布均勻。此時(shí)，σ0.2=278MPa，δ=0.64％，HB=175。合金在760℃保溫6h后澆注，初晶硅平均尺寸仍然能保持在70μm。采用Sr-RE-P復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金，兼有P-RE和Sr-P復(fù)合變質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)：既可以得到細(xì)小的初晶硅組織，也可以使共晶硅變?yōu)槎贪魻?，且表現(xiàn)出很

6、好的長(zhǎng)效性。 實(shí)驗(yàn)研究還表明，A390鋁硅合金的磨損主要是由于初晶硅的脫落而引起的。粗大的初晶硅相從基體上脫落，留下了凹坑。脫落的硅相繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)基體造成二次切削，從而磨損表面形成了犁溝?？傮w來(lái)說(shuō)，初晶硅尺寸越大，分布越不均勻，則合金的磨損越嚴(yán)重，耐磨性越差。改善A390合金硅相形態(tài)并控制初晶硅尺寸是提高A390合金耐磨性的重要手段。 論文還對(duì)不同變質(zhì)元素的變質(zhì)及兩種或兩種以上變質(zhì)元素復(fù)合變質(zhì)機(jī)理作了初步探討，認(rèn)為P、R