Al-Ti-C-Sr中間合金的合成機(jī)制及其細(xì)化行為研究.pdf

1、由于A(yíng)356合金具有良好的鑄造性能、氣密性和耐蝕性,已成為一種在航空航天和汽車(chē)工業(yè)中廣泛應(yīng)用的鑄造鋁合金。但未經(jīng)細(xì)化和變質(zhì)的A356合金,其α-Al晶粒粗大,共晶硅呈粗大針片狀,嚴(yán)重降低了合金的力學(xué)性能,改變Si相的形態(tài)以減小其對(duì)基體的有害作用并細(xì)化晶粒,能顯著提高鋁硅合金力學(xué)性能。
　　目前,對(duì)于提高鋁硅合金性能所做的研究主要集中在晶粒細(xì)化和變質(zhì)上。當(dāng)前Al-Ti-C和Al-Sr作為晶粒細(xì)化劑和共晶硅變質(zhì)劑得到廣泛應(yīng)用。為充分發(fā)

2、揮Al-Ti-C細(xì)化劑和Sr變質(zhì)劑的良好性能,本文利用液固反應(yīng)法制備一種新型Al-Ti-C-Sr四元中間合金細(xì)化劑,將細(xì)化和變質(zhì)合為一體,并將其對(duì)A356合金進(jìn)行細(xì)化處理。本文利用光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線(xiàn)衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜儀(EDS)等分析手段,并通過(guò)對(duì)A356合金拉伸性能的測(cè)試,較系統(tǒng)地研究了自制的Al-5Ti-0.5C-8Sr、Al-5Ti-0.5C及Al-10Sr三類(lèi)中間合金的組織特征并比較了其細(xì)化

3、行為的差異,同時(shí)探討了Al-5Ti-0.5C-8Sr合金的合成機(jī)制。從而為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)具有雙效細(xì)化和變質(zhì)能力的Al-Ti-C-Sr多元鋁硅合金細(xì)化劑提供理論參考及實(shí)踐依據(jù)。研究結(jié)果表明,Al-5Ti-0.5C-8Sr合金組織由α-Al基體、不連續(xù)的板條狀A(yù)l4Sr、團(tuán)簇狀或顆粒狀TiC、被包裹狀TiAl3、包裹狀及塊狀A(yù)l-Ti-Sr相組成。Al-5Ti-0.5C-8Sr合金合成機(jī)制為:在850℃左右K2TiF6與鋁在界面處反應(yīng)生成塊狀T

4、iAl3,同時(shí)高溫下K2TiF6釋放出活性的Ti原子。在1200℃左右通過(guò)反應(yīng)Ti+C(s)→TiC(s)及TiAl3+C→TiC+Al形成TiC粒子。
　　在850℃以下通過(guò)勻晶反應(yīng)生成Al4Sr,在凝固過(guò)程中還通過(guò)包晶反應(yīng)L(Al,Sr)+α(TiAl3)→β(Al-Ti-Sr),生成外層為Al-Ti-Sr相、內(nèi)層為T(mén)iAl3相的包裹組織。經(jīng)過(guò)620℃、18小時(shí)的擴(kuò)散退火后,包裹組織中內(nèi)層TiAl3相基本轉(zhuǎn)化成Al-Ti-Sr

5、相,可見(jiàn),包裹狀A(yù)l-Ti-Sr相是通過(guò)包晶反應(yīng)形成的。在對(duì)A356合金進(jìn)行細(xì)化處理時(shí),單獨(dú)添加0.5％Al-5Ti-0.5C,A356合金的宏觀(guān)晶粒明顯細(xì)化,平均晶粒尺寸由未添加時(shí)的1720μm減小到530μm左右,同時(shí)針片狀共晶Si也有所細(xì)化,部分轉(zhuǎn)變?yōu)槎虠U狀。其T6態(tài)A356合金的抗拉強(qiáng)度由未添加時(shí)的221.7Mpa增加至231.2MPa,伸長(zhǎng)率由9.5％增加至10.4％,分別提高了4.3％和9.5％。
　　單獨(dú)添加0.4％

6、Al-10Sr,A356合金的晶粒尺寸也有所減小,平均晶粒尺寸為1550μm左右,共晶Si由原來(lái)的針片狀變成纖維狀或顆粒狀。其T6態(tài)A356合金的抗拉強(qiáng)度為228.7MPa,伸長(zhǎng)率為11.1％,分別提高了3.2％和16.8％。同時(shí)加入0.5％Al-5Ti-0.5C和0.4％Al-10Sr,A356合金宏觀(guān)晶粒細(xì)化效果明顯,平均晶粒尺寸為230gm左右,共晶Si也變成纖維狀或顆粒狀。其T6態(tài)A356合金的抗拉強(qiáng)度為249.3MPa,伸長(zhǎng)率

7、為12.8％,分別提高了12.4％和34.7％,比單獨(dú)加入0.5％Al-5Ti-0.5C的細(xì)化效果和單獨(dú)加入0.4％Al-10Sr變質(zhì)效果都更加明顯。
　　當(dāng)添加0.5％Al-5Ti-0.5C-8Sr后,A356合金平均晶粒尺寸細(xì)化至220gm左右,共晶Si也都變成細(xì)小的纖維狀或顆粒狀。其T6態(tài)A356合金的抗拉強(qiáng)度為251.7MPa,伸長(zhǎng)率為12.5％,分別提高了13.5％和31.5％,與同時(shí)加入相同量的Al-5Ti-0.5C和