Al-Si合金的非平衡凝固機理研究.pdf

1、關于合金非平衡凝固機理的研究是凝固學研究領域的重要組成部分。大量研究表明，鑄造合金的熔體結構對其非平衡凝固過程及組織都具有顯著影響，而熔體結構又與過熱狀態(tài)有關。所以研究鑄造合金熔體的過熱狀態(tài)對其非平衡凝固機理的影響具有重要理論意義。Al-Si系鑄造合金在鋁基鑄造合金系列中占有非常重要的地位，本論文以共晶Al-Si合金為主要研究對象，結合亞共晶及過共晶Al-Si合金，在總結前人研究結果的基礎上結合DSC及金相法分析了Al-Si合金的熔體結

2、構隨過熱狀態(tài)變化的規(guī)律。研究了不同過熱狀態(tài)及凝固速率條件下Al-Si合金在非平衡凝固過程中熔體結構的變化規(guī)律，討論了過熱狀態(tài)及凝固速率對Al-Si合金非平衡凝固組織及共晶共生區(qū)的影響。目前由于在實際生產過程中很少采用改變熔體過熱狀態(tài)的方法來達到改善合金凝固組織的目的，所以本論文研究對Al-Si系鑄造合金的實際生產也具有一定的實踐意義。
　　DSC實驗結果表明：共晶及過共晶Al-Si合金內初生硅的析出效應都隨過熱度的升高而逐漸增強。

3、過熱度對Al-Si合金內各相初始凝固溫度的影響很小，而凝固焓變值隨過熱度的升高經歷了由大變小再變大的過程。保溫時間對Al-Si合金內各相初始凝固溫度的影響也很小，而凝固焓變值隨保溫時間的延長經歷了由小變大再變小的過程。凝固速率對Al-Si合金各初生相初始凝固溫度的影響較為顯著，而對共晶組織初始凝固溫度的影響很小，凝固焓變值則隨凝固速率的提高經歷了先減小再增大的過程。隨著凝固速率的提高，合金的凝固逐漸由平衡過程向非平衡過程轉變，從而導致凝

4、固機理方面的變化。
　　凝固組織形態(tài)研究表明：Al-7％Si合金隨著過熱度的升高，α(Al)枝晶形態(tài)逐漸規(guī)則化，共晶組織也逐漸呈完全離散狀分布。Al-12%Si合金在過熱度較低時凝固組織中出現了初生硅與α(Al)枝晶，在過熱度較高時這兩種組織逐漸消失。凝固組織中還出現了初生硅與α(Al)枝晶共存的暈圈現象。Al-20%Si合金凝固組織中的初生硅隨著過熱度的升高經歷了由小尺寸多邊形狀轉變?yōu)榇蟪叽缥灏晷菭钤倩貧w為小尺寸多邊形狀的變化。

5、過熱保溫對非平衡凝固組織的影響程度較弱且規(guī)律性不強。
　　理論及實驗分析結果表明：隨著過熱度的提高，Al-Si合金熔體逐漸均勻化。Al-Si合金熔體結構參數在近共晶點成分處會發(fā)生反常突變，反映了熔體結構由亞共晶向過共晶轉變的過程。Al-Si合金在液相線以上存在鋁、硅原子集團的結構轉變溫度區(qū)間。合金的熔體結構會影響其非平衡凝固過程及凝固組織。亞共晶及共晶Al-Si合金熔體的結構特征與純鋁類似，在低過熱度范圍內會發(fā)生基體鋁“收縮”的現

6、象。硅原子集團對過共晶Al-Si合金熔體結構的影響要大于其對亞共晶及共晶Al-Si合金熔體結構的影響。
　　理論分析表明：過熱度對熔體內原子間距影響較弱，但對原子配位數的影響較為顯著。鋁熔體在低過熱度范圍內發(fā)生“收縮”的根本原因在于熔體在過熱初期會自發(fā)收縮以抵消體系由于體積膨脹而導致能量的增加效應，與熔體內氫含量的變化無關。Al-Si合金熔體內原子團簇的種類及數量因成分而異。成分與熔體內原子間距及最近鄰原子配位數之間均呈復雜的非線

7、性關系。隨著成分的逐漸增大，在熔體結構轉變區(qū)內成分與熔體內原子間距及最近鄰原子配位數之間呈近似無規(guī)律的狀態(tài)，而在熔體結構轉變區(qū)以外則呈現出一定的函數關系。
　　理論分析表明：過熱度會對合金共晶共生區(qū)產生影響，提高過熱度將使合金共晶共生區(qū)左右邊界擴大，反之則縮小。隨著凝固速率的變化，Al-Si合金的非平衡凝固組織會出現顯著差異。共晶及過共晶Al-Si合金中易出現α(Al)依附于初生硅析出的暈圈組織。Al-Si合金共晶凝固機理將隨凝固