Al-Mn-Y对A390合金微观组织和力学性能的影响

摘要

为了解决西北某活塞厂实际生产中存在的活塞产品牌号较少，变质工艺繁琐等问题，本文研制了一种新型变质Al-Si合金的Al-Mn-Y中间合金，并对该中间合金变质A390合金后的微观组织演化和性能影响进行了研究。 稀土Y能细化Al-8Mn合金中的Al6Mn相和α-Al相。当稀土Y含量为3%时，细化效果最佳，Al6Mn相形貌由粗大板条状转变为小片状，平均尺寸由67.4μm减小到36.5μm；α-Al由柱状晶向等轴晶转变，平均尺寸减小至48μm。细化后的Al-8Mn合金抗拉强度和断后延伸率由未细化时的126.22MPa和1.47%增长为141.37MPa和2.6%，分别提高12%和76.9%。断口分析表明，未细化的Al-8Mn合金断口分布大量解理台阶，为典型穿晶断裂，细化后的Al-8Mn合金断口处撕裂棱增多，断裂类型为脆性断裂为主的韧脆混合断裂。在30g NaCl+10mL HCl+1L H2O溶液中的腐蚀研究表明，未进行细化处理的Al-8Mn合金有良好的抗腐蚀性能，然而随着稀土Y含量的增加，Al-8Mn合金的抗蚀性能变差。 新型Al-8Mn-3Y中间合金能有效变质A390合金。当中间合金添加量5%时，A390合金中初生Si形貌由不规则多边形及五星瓣状变质为边缘钝化，均匀分布的小块状，平均尺寸从106μm减小到32μm；共晶Si形貌由粗大的针片状转变为粒状和纤维状，尺寸也显著减小；α-Al晶粒的二次枝晶臂间距从13.4μm减小到6.5μm；Al2Cu相由沿α-Al晶界连续分布的粗大网络状细化为间断分布的汉字状，尺寸由40~50μm减小到10~20μm。 经5%的Al-8Mn-3Y合金变质后的A390合金室温和高温力学性能显著提高。变质后的A390合金室温抗拉强度和断后延伸率为225.01MPa和2.01%，比未变质时的157.98Mpa和1.21%分别提升42.4%和66.1%。变质后的A390合金高温抗拉强度和断后延伸率为198.60MPa和3.12%，比未变质时的131.57MPa和1.84%分别提高50.9%和69.6%。未经Al-8Mn-3Y中间合金变质的A390合金室温拉伸断口布满解理台阶，变质后的合金断裂面上解理面尺寸减小，分布均匀，撕裂棱增多。未变质的A390合金高温拉伸断口由解理台阶和α-Al塑性形变留下的撕裂棱构成，A390合金经Al-8Mn-3Y合金变质后，由于初生Si尺寸减小，分布均匀，断裂后形成的解理台阶减少，撕裂棱增多。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 Al-Si合金应用现状

1.2.1 Al-Si合金的组织

1.2.2 Al-Si合金的性能

1.3 Al-Si合金组织调控

1.3.1 Al-Si合金中α-Al细化处理

1.3.2 Al-Si合金中Si相变质处理

1.3.3 减少有害杂质

1.3.4 采用先进的铸造方法

1.3.5 合金化

1.3.6 合理的热处理工艺

1.4 Al-Si合金的变质机理

1.4.1 Al-Si合金中Si相的生长机制

1.4.2 形核学说

1.4.3 生长学说

1.4.4 其它变质理论

1.5.1 Mn元素在Al-Si合金中的作用

1.5.2 Y元素在Al-Si合金中作用

1.6.1课题的提出

1.6.2 课题的主要研究内容

第2章 实验材料及实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验及分析设备

2.3实验方法

2.4 实验步骤

2.5 实验流程图

2.6 性能测试

2.6.1 室温拉伸实验

2.6.2 高温拉伸实验

2.6.3 抗晶间腐蚀性能

2.7.1 金相观察

2.7.2 EPMA探针分析

2.7.3 XRD衍射

2.7.4 拉伸断口组织形貌观察

第3章 Y对Al-8Mn合金微观组织及性能影响

3.1 引言

3.2 Al-8Mn-xY合金的微观组织和相组成

3.3 Y对Al-8Mn合金的细化机制

3.4.1 力学性能

3.4.2 耐腐蚀性能

3.5本章小结

第4章Al-8Mn-3Y中间合金对A390合金微观组织及性能影响

4.1 引言

4.2.1 Al-8Mn-3Y中间合金对初生Si的影响

4.2.2 Al-8Mn-3Y中间合金对共晶Si的影响

4.2.3 Al-8Mn-3Y中间合金对α-Al的影响

4.2.4 Al-8Mn-3Y中间合金对Al2Cu相的影响

4.3 变质机理的研究

4.4.1 室温拉伸性能

4.4.2 高温拉伸性能

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢