稀土钇及热处理工艺对ZL114A合金组织和性能的影响

摘要

亚共晶 Al-Si合金拥有铸造性能好、耐腐蚀性能优良、比强度高等优点，广泛应用于航空航天、军事及汽车工业中。未经过变质处理的 Al-Si合金中共晶硅为粗大的棒状或针状，受力时会造成应力集中，导致合金的力学性能下降。因此需要对亚共晶Al-Si合金进行变质处理，改变初生α-Al相及 Si相的形貌及尺寸，提高亚共晶 Al-Si合金力学性能。稀土是一种绿色高效的长效变质剂，同时可以净化熔液，对亚共晶铝硅合金有良好的变质作用。
　　本文采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计、室温拉伸实验、极化曲线测定和热分析等检测分析方法，研究了不同稀土 Y添加量、不同变质时间、不同重熔料添加量，以及热处理工艺对ZL114A合金组织和性能的影响。主要研究结果如下：
　　(1)稀土 Y能减小 ZL114A合金中α-Al的二次枝晶臂间距， Y添加量为0.3％-0.4wt%时，二次枝晶臂间距从未变质时的42μm减小到19μm-22μm，对晶粒有很好的细化作用；稀土 Y能使共晶硅从未变质时粗大的长棒状或针状变为短棒状。Y含量为0.3wt%时变质效果最佳，合金铸态的抗拉强度、延伸率及硬度分别达到181MPa、3.9%和83HV，较未变质时分别提高15%、77%和20%。
　　(2)稀土 Y可以降低 ZL114A合金凝固过程中的共晶反应温度，使△TEG（变质前后共晶生长温度之差）增大。Y添加量为0.4wt%时，共晶反应温度下降了7.4℃，△TEG达到最大值。
　　(3)稀土 Y能改善 ZL114A合金耐腐蚀性能，添加0.2wt%Y后合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流密度由未变质时的5.43×10-7A·cm-2下降到3.26×10-7A·cm-2，合金耐腐蚀性得到提升。
　　(4)稀土 Y对 ZL114A合金的变质效果具有良好的重熔性和长效性。添加重熔料比例在20wt%以下时，合金仍能保持良好的力学性能，抗拉强度下降不足1.7%。添加重熔料比例超过20wt%后，由于变质剂的损耗和杂质的增多，合金强度尤其是延伸率下降严重。稀土 Y变质效果不易衰退，变质5h后合金铸态抗拉强度和延伸率仍能达到178MPa和3.6%，抗拉强度降低不到2%。
　　(5)含0.3wt%Y的 ZL114A合金经 T6热处理后，共晶硅由铸态时的短棒状变为球状，共晶硅分布更加均匀。ZL114A合金最佳热处理工艺为：固溶540℃/10h，时效170℃/10h，合金抗拉强度、延伸率和硬度分别达到339MPa、6.2%和129HV，合金力学性能得到提升。

目录

声明

第1章 绪 论

1. 1 引言

1.2 ZL114A合金简介

1.3 铸造铝硅合金变质处理方法

1. 4 铸造铝硅合金变质机制

1.5 铸造铝硅合金的热处理

1. 6 本文研究的目的、意义及主要内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1 实验方案

2.2 实验过程

2. 3 分析测试手段

第3章 稀土Y添加量对ZL114A合金组织及性能的影响

3.1 稀土Y对ZL114A合金微观组织的影响

3.2 稀土Y对ZL114A合金力学性能的影响

3.3 稀土Y对ZL114A合金共晶温度的影响

3.4 稀土Y对ZL114A合金耐腐蚀性的影响

3.5 本章小结

第4章 稀土Y对ZL114A合金变质效果的重熔性与长效性

4.1 稀土Y变质效果的重熔性

4.2 稀土Y变质效果的长效性

4.3 本章小结

第5章 热处理工艺对Y变质ZL114A合金组织及性能的影响

5.1 固溶温度对ZL114A合金组织及性能的影响

5.2 固溶时间对ZL114A合金组织及性能的影响

5.3 ZL114A合金时效处理工艺优化

5.4 分析与讨论

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A（攻读硕士学位期间发表的论文）