彌散型Al-P系中間合金及其應用的研究.pdf

1、過共晶Al-Si系合金具有比強度高、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)動機零部件行業(yè)具有廣泛的應用前景。然而其細化處理過程通常需要較高的熔煉和澆注溫度，無法適應壓鑄低溫生產(chǎn)要求。因此，研究過共晶Al-Si合金的低溫細化技術(shù)，優(yōu)化其微觀組織，對提升產(chǎn)品質(zhì)量、推廣其在壓鑄行業(yè)的廣泛應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對初晶Si的異質(zhì)形核效率，實現(xiàn)低溫細化效果。研究了變形對Al-P中間合金中AlP分布形態(tài)及其低溫細化行為的影響，提出了變形過程AlP/Al界面轉(zhuǎn)變機制;研究分析了Al-Fe-P體系反應熱力學條件，建立了其擴散反應動力學模型，表征漸進式反應階段微觀組織及反應產(chǎn)物，并分析了該體系固-固、固-液轉(zhuǎn)變機制;研究了含有納米尺度AlP晶種的彌散型Al-Fe-P中間合金對A390合金的低溫細化工藝，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)中的中試應用。本工作主要進展成果如下:
　　(1)變形對Al-P中間合金低溫細化行為的影響及AlP/Al界面轉(zhuǎn)變機制
　　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，實現(xiàn)AlP顆粒的彌散化。變形溫度影響AlP/Al界面活性，進而影響其細化行為:室溫變形迫使AlP/Al界面破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂杀砻?，使AlP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AlP/Al界面間原子擴散，發(fā)生界面破壞-再生轉(zhuǎn)變，從而提高形核效率。當變形溫度為550℃時，可以在730℃、保溫30min條件下將初晶Si平均尺寸從137μm細化至21μm，拉伸強度相應提高了9.9％。
　　(2)Al-Fe-P體系中彌散型AlP的生成及演變機制
　　本文系統(tǒng)研究了溫度、Fe-P顆粒尺寸、保溫時間對Al-Fe-P體系擴散反應速率的影響，分析了Al-Fe-P體系反應熱力

5、學條件，建立了其擴散反應動力學模型?？刂艫l-Fe-P體系的反應參數(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。
　　當制備溫度為鋁液相線以下時，Al原子向Fe-P顆粒單向擴散，推動Al/Fe-P界面向Fe-P顆粒中心移動，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，同時伴隨著AlxFey從Al/Fe原子比低的物相向原子比高的物相漸進式轉(zhuǎn)變，直到獲得最終產(chǎn)

6、物AlP和Al13Fe4。
　　而在液-固反應階段，反應機制為熔體激活Al、Fe原子進行雙向擴散反應;Al與FexP在界面處反應生成AlP和Al13Fe4物相，但同時伴隨著Al13Fe4在界面進行動態(tài)溶解-析出的低共熔反應，導致AlP顆粒在熔體中得以擴散均勻，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中間合金的低溫細化行為及工應用
　　控制反應參數(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A390合金的低溫細化工藝，發(fā)現(xiàn)最佳工藝為采用550℃制備的中間合金、保溫時間30min、細化劑加入量為280ppm條件下，可在細化溫度為720℃時將初晶Si平均尺寸由147μm細化至25μm。
　　將變形Al-P中間合金及新型Al-Fe-P中間合金應用于擠壓鑄造A390合金的工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)對A390合金的初晶Si起到了良好的細化作用，并對共晶Si起到了良好的