熔體混溶與T6熱處理對多元過共晶Al-18％Si合金組織和性能的影響.pdf

1、鑒于合金凝固行為、組織和性能顯著地受其熔體狀態(tài)的影響，以及我們過去的研究表明，采用經(jīng)歷熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的高溫熔體，與半固態(tài)的低溫熔體混溶，能使二元鋁硅合金中的初晶硅顯著細(xì)化。本文在優(yōu)化原混溶工藝的基礎(chǔ)上，以多元過共晶鋁硅合金(Al-18Si-1.5Cu-0.5Mg-0.5Mn-0.2Ti)為研究對象，系統(tǒng)研究了熔體混溶與Sr變質(zhì)復(fù)合處理、T6熱處理對合金組織形態(tài)和性能的影響，同時(shí)深入分析了諸種工藝的作用規(guī)律和機(jī)制。從挖掘材料潛能和工程實(shí)際應(yīng)

2、用的角度，為工業(yè)生產(chǎn)提供了工藝技術(shù)和基本原理方面的參考依據(jù)。主要結(jié)論如下:
　　(1)常規(guī)鑄造下，初晶硅多呈板塊狀和八面體形態(tài)，具有典型的小平面生長特征。合金經(jīng)高低溫熔體混溶與Sr變質(zhì)復(fù)合處理后，初晶硅顯著細(xì)化(晶粒尺寸細(xì)至10.27μm)，且棱角鈍化，表現(xiàn)出非小平面特征，共晶硅同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樯汉鳡睢?br>　　(2)對于高低溫熔體混溶能夠顯著細(xì)化初晶硅，作者分析，主要得益于三方面:一，高溫熔體熱沖擊半固態(tài)低溫熔體，分解、產(chǎn)生了大量初

3、晶硅的同質(zhì)形核核心;二，熔體經(jīng)歷結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后，凝固形核過冷度增加，形核率顯著增加;三，熔體經(jīng)歷結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后，系統(tǒng)自由能降低，硅晶體生長障礙增大，抑制了初晶硅的長大。而初晶硅棱角的鈍化，主要是由于經(jīng)歷熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的高溫熔體促使了硅晶體生長界面發(fā)生了動(dòng)力學(xué)粗糙化，從而使其生長界面由小平面向非小平面轉(zhuǎn)變。
　　(3)固溶處理過程中，共晶硅形貌發(fā)生了明顯的改變，并顯著影響著合金性能。固溶初期，共晶硅發(fā)生熔斷和鈍化，合金硬度得到提高;固溶中期，

4、共晶硅球化且粒度適中，合金硬度達(dá)到峰值;固溶后期，共晶硅明顯粗化，合金軟化。
　　(4)時(shí)效研究表明，隨著時(shí)效溫度的提高，合金硬化速率顯著加快，但硬化能力不同，175℃時(shí)效處理時(shí)獲得最佳硬度峰值。此外，在175℃和195℃下，時(shí)效曲線出現(xiàn)“雙峰”現(xiàn)象，并結(jié)合脫溶DSC曲線，認(rèn)為單、雙峰現(xiàn)象與時(shí)效過程的序列析出有關(guān)，而GP區(qū)向亞穩(wěn)相轉(zhuǎn)變有明顯時(shí)間間隔是產(chǎn)生雙峰曲線的主要原因。最終確定合金最佳T6熱處理工藝為:520℃固溶8h，175

5、℃時(shí)效8h。
　　(5)力學(xué)性能測試表明，合金經(jīng)混溶處理后，布氏硬度、抗拉強(qiáng)度及延伸率分別提高11.0-14.0％、15.9-19.8％、55.7-58.9％，磨損量降低8.8-12.1％，分析認(rèn)為主要與硅顆粒細(xì)化所產(chǎn)生的細(xì)晶強(qiáng)化，及硅顆粒固有斷裂抗力的提高有關(guān)。而經(jīng)T6熱處理后，布氏硬度、抗拉強(qiáng)度分別提高32.4-36.0％、39.9-44.7％，磨損量降低21.6-25.4％，認(rèn)為主要與沉淀相彌散析出所引起合金強(qiáng)度的提高有關(guān)。