鐵相對鑄造鋁合金組織性能影響及凈化方法的研究.pdf

1、隨著社會的不斷進步，制造業(yè)的飛速發(fā)展，人們對可持續(xù)發(fā)展材料日趨關(guān)注。鋁及其合金具有密度小，比強度高，塑性好，可重復(fù)利用，自然界儲藏量較豐富等優(yōu)點，是可持續(xù)發(fā)展材料之一。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，特別是汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對鑄造鋁合金的需求越來越大，給鋁合金的上游生產(chǎn)廠家增加了很大的壓力。由于國家對電解鋁等高能耗企業(yè)的宏觀調(diào)控政策影響，限制了電解鋁企業(yè)的擴張規(guī)模，從而也從側(cè)面促進了鋁合金再生市場的迅速發(fā)展。但是鋁合金廢料回收時會帶入一系列的

2、合金元素，形成雜質(zhì)元素，在各種雜質(zhì)中，鐵相一直被認(rèn)為是鋁及其合金制品中最為有害的雜質(zhì)。鐵易與其他雜質(zhì)以金屬間化合物的形態(tài)存在，常見的有α-鐵相和β-鐵相兩種，對鋁硅合金有不利作用的主要是β鐵相。為此需要控制鐵相的形貌，去除鑄造鋁合金中的鐵相并達到凈化合金的目的。 本文首先應(yīng)用光學(xué)顯微鏡、萬能試驗機、X-射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)以及相關(guān)處理軟件研究了不同浸蝕條件對鐵相的侵蝕效果，不同鐵含量下鐵相的主要存在形態(tài)以及不

3、同鐵相形貌對鋁合金鑄件性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)使用H2SO4:H2O為1:4的硫酸浸蝕劑來浸蝕鋁硅合金中的鐵相效果較好，浸蝕時間為180s。隨著Fe含量的升高，鐵相存在方式由α-Al8SiFe2相(四方晶型，a=b=12.4，c=26.23；α=β=γ=90°)向β-Al5FeSi相(單斜晶型，a=b=6.12，c=41.5；β=91°，α=γ=90°)轉(zhuǎn)變，鑄件中當(dāng)含F(xiàn)e量不同其鐵相形貌也不同。一般說，含F(xiàn)e≤0.8％時，鑄件組織中僅出現(xiàn)

4、魚骨狀的α-鐵相。當(dāng)合金中含F(xiàn)e>0.8％時，α-鐵相逐漸向β-鐵相轉(zhuǎn)變，鑄件組織中易析出針狀β-鐵相，合金的力學(xué)性能也出現(xiàn)較大的變化，當(dāng)Fe達到1.0％左右時，合金中仍然存在少量的α-鐵相，但基本以針狀的β-鐵相形態(tài)存在，針狀的β-鐵相極易割裂α-Al基體，因此當(dāng)Fe含量>0.8％時，合金的力學(xué)性能下降較快。 改善鐵相的存在形貌，控制鐵相形貌使之以α-鐵相形式析出的方法主要有加入中和元素、改變冷速、攪拌等，本文第二部分主要應(yīng)用

5、光學(xué)顯微鏡、萬能試驗機、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電磁攪拌實驗平臺以及相應(yīng)的軟件，研究了在鋁合金中加入Mn，稀土La，鈦鹽以及冷卻速度和電磁攪拌對鐵相形貌的影響，發(fā)現(xiàn)在鋁合金中按一定的比例加入Mn，La或者Ti之后，針狀的β-鐵相逐漸向骨骼狀的α-鐵相轉(zhuǎn)變，冷卻速度對鐵相的大小有很大的影響，當(dāng)冷卻速度很小的時候，鐵相長大比較充分。利用電磁攪拌作用力對初生針狀富鐵相進行攪拌作用并抑制各向異性生長，從而實現(xiàn)合金中鐵相的細(xì)化，甚至在部分區(qū)域由于鐵相的遷移

6、，鐵相的形貌發(fā)生了轉(zhuǎn)變。在改善鐵相形貌的同時，如果能在鋁合金熔融再生的過程中去除部分鐵相，凈化再生鋁合金的話，對鋁合金再生回收及鋁合金相關(guān)產(chǎn)業(yè)來說意義重大。本文第三部分主要應(yīng)用光學(xué)顯微鏡、電磁攪拌實驗平臺以及Thermo-Calc軟件，研究了在回收鋁合金中加入Mn進行重力沉降以及電磁攪拌對去除鐵相、凈化鋁合金的影響，發(fā)現(xiàn)在Fe含量稍高(≥1.0％)的鑄造鋁合金中，按一定的比例加入Mn，并在較低的溫度下(620℃)保溫一定的時間(≥30m