彌散型Al-P系中間合金及其應(yīng)用的研究.pdf

1、過共晶Al-Si系合金具有比強(qiáng)度高、耐磨性好、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)良性能，在耐磨性要求較高的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。然而其細(xì)化處理過程通常需要較高的熔煉和澆注溫度，無法適應(yīng)壓鑄低溫生產(chǎn)要求。因此，研究過共晶Al-Si合金的低溫細(xì)化技術(shù)，優(yōu)化其微觀組織，對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量、推廣其在壓鑄行業(yè)的廣泛應(yīng)用具有十分重要的意義。
　　本文以Al-P和Al-Fe-P中間合金為研究對(duì)象，采用變形和原位合成兩種手段，優(yōu)化AlP顆粒的尺寸分布，使

2、之彌散化并成為初晶Si潛在晶種，提高AlP對(duì)初晶Si的異質(zhì)形核效率，實(shí)現(xiàn)低溫細(xì)化效果。研究了變形對(duì)Al-P中間合金中AlP分布形態(tài)及其低溫細(xì)化行為的影響，提出了變形過程AlP/Al界面轉(zhuǎn)變機(jī)制;研究分析了Al-Fe-P體系反應(yīng)熱力學(xué)條件，建立了其擴(kuò)散反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，表征漸進(jìn)式反應(yīng)階段微觀組織及反應(yīng)產(chǎn)物，并分析了該體系固-固、固-液轉(zhuǎn)變機(jī)制;研究了含有納米尺度AlP晶種的彌散型Al-Fe-P中間合金對(duì)A390合金的低溫細(xì)化工藝，并研究了彌

3、散型Al-P系中間合金在過共晶Al-Si合金擠壓鑄造及高壓鑄造（壓鑄）生產(chǎn)中的中試應(yīng)用。本工作主要進(jìn)展成果如下:
　　(1)變形對(duì)Al-P中間合金低溫細(xì)化行為的影響及AlP/Al界面轉(zhuǎn)變機(jī)制
　　研究發(fā)現(xiàn)，變形可顯著降低AlP顆粒的尺寸并改善其分布，實(shí)現(xiàn)AlP顆粒的彌散化。變形溫度影響AlP/Al界面活性，進(jìn)而影響其細(xì)化行為:室溫變形迫使AlP/Al界面破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂杀砻妫笰lP顆粒難以被Al-Si熔體有效潤濕，降低有效形

4、核粒子的數(shù)目;而高溫變形通過熱量作用驅(qū)動(dòng)AlP/Al界面間原子擴(kuò)散，發(fā)生界面破壞-再生轉(zhuǎn)變，從而提高形核效率。當(dāng)變形溫度為550℃時(shí)，可以在730℃、保溫30min條件下將初晶Si平均尺寸從137μm細(xì)化至21μm，拉伸強(qiáng)度相應(yīng)提高了9.9％。
　　(2)Al-Fe-P體系中彌散型AlP的生成及演變機(jī)制
　　本文系統(tǒng)研究了溫度、Fe-P顆粒尺寸、保溫時(shí)間對(duì)Al-Fe-P體系擴(kuò)散反應(yīng)速率的影響，分析了Al-Fe-P體系反應(yīng)熱力

5、學(xué)條件，建立了其擴(kuò)散反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。控制Al-Fe-P體系的反應(yīng)參數(shù)，可以依次獲得FexP物相的微觀組織從“蛋黃”結(jié)構(gòu)、“海綿狀”結(jié)構(gòu)至“芝麻餅”結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。
　　當(dāng)制備溫度為鋁液相線以下時(shí)，Al原子向Fe-P顆粒單向擴(kuò)散，推動(dòng)Al/Fe-P界面向Fe-P顆粒中心移動(dòng)，促使(Al，F(xiàn)e，P)過渡相中Al含量逐漸增加，彌散型AlP逐漸析出長大，同時(shí)伴隨著AlxFey從Al/Fe原子比低的物相向原子比高的物相漸進(jìn)式轉(zhuǎn)變，直到獲得最終產(chǎn)

6、物AlP和Al13Fe4。
　　而在液-固反應(yīng)階段，反應(yīng)機(jī)制為熔體激活A(yù)l、Fe原子進(jìn)行雙向擴(kuò)散反應(yīng);Al與FexP在界面處反應(yīng)生成AlP和Al13Fe4物相，但同時(shí)伴隨著Al13Fe4在界面進(jìn)行動(dòng)態(tài)溶解-析出的低共熔反應(yīng)，導(dǎo)致AlP顆粒在熔體中得以擴(kuò)散均勻，而Fe原子受到界面處化合物Al13Fe4的阻礙則富集形成環(huán)狀骨架。
　　(3)彌散型Al-(Fe)-P中間合金的低溫細(xì)化行為及工應(yīng)用
　　控制反應(yīng)參數(shù)，制備一種含

7、有納米尺度AlP顆粒的彌散型Al-Fe-P中間合金。研究了該中間合金對(duì)A390合金的低溫細(xì)化工藝，發(fā)現(xiàn)最佳工藝為采用550℃制備的中間合金、保溫時(shí)間30min、細(xì)化劑加入量為280ppm條件下，可在細(xì)化溫度為720℃時(shí)將初晶Si平均尺寸由147μm細(xì)化至25μm。
　　將變形Al-P中間合金及新型Al-Fe-P中間合金應(yīng)用于擠壓鑄造A390合金的工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)對(duì)A390合金的初晶Si起到了良好的細(xì)化作用，并對(duì)共晶Si起到了良好的