不同硅含量的高硅铝合金中初生硅形态控制技术研究

摘要

过共晶Al-Si合金是一种重要的铸造合金，也是一种优良的耐磨材料，但未变质过共晶铝硅合金中普遍存在的粗大多角形初生硅相，严重割裂基体，损害了材料的力学性能，限制了其在工业中应用的范围。为了改善初生硅相形态，人们一直在研究改进过共晶Al-Si合金中初生硅相的形状和优化共晶组织的有效方法，在变质处理、热处理、快速凝固等方面均进行了有益的探索。但这些方法不适合大规模工业生产。本人在前人的基础上，系统地研究了铸造工艺、变质工艺、固态扩散处理以及二次加热对不同硅含量的高硅铝合金中初生硅颗粒形态的影响，以期寻找一个可以最大限度地改善初生硅的形态且简便、可靠又经济的工艺。 通过实验发现：变质处理虽能够很好的细化初生硅，但其形态仍带有明显的尖角，产生应力集中，割裂基体，且变质剂的加入量过大容易引起变质过度，恶化组织；通过固态扩散处理可以粒化、球化共晶组织，同时钝化初生硅的尖角，但若温度过高、保温时间过长反而会粗化初生硅；二次加热可以有效的球化初生硅，但对原始组织的依赖性较强，且如果参数设置不当，不但不能改善初生硅的形态，反而会使其有所恶化；合金中硅含量越高，则改善其组织就越困难。 最终得到的最佳工艺参数分别为：对Al-20Si合金，其最佳工艺参数为模具预热150℃，760℃浇注，加入0.4％的CuP14合金，在550℃下保温24h后进行参数为585℃×10min的二次加热；对Al-25Si合金，其最佳参数为模具预热125℃，810℃浇注，加入0.8％CuP14和0.6％RE，525℃下保温36h，再进行625℃×10min的二次加热；对Al-30Si合金，其最佳参数为模具预热125℃，870℃浇注，加入0.8％CuP14和0.9％RE，525℃下保温48h后进行640℃×15min的二次加热。在这些工艺下，初生硅被很好的球化，因此具有很高的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

1.1引言

1.2高硅铝合金的性能特点及应用

1.2.1高硅铝合金的性能特点

1.2.2高硅铝合金的应用

1.3初生硅

1.3.1初生硅的形貌种类

1.3.2初生硅的生长机制

1.3.3初生硅形貌的主要影响因素

1.4目前国内外细化初晶硅的主要研究方法

1.4.1变质剂处理

1.4.2快速凝固

1.4.3半固态搅拌

1.4.4电脉冲处理

1.5本课题的题的选题意义和研究内容

1.5.1选题的科学意义和应用前景

1.5.2研究内容

2实验材料的制备与方案

2.1实验材料的制备

2.1.1实验原材料

2.1.2实验工具及设备

2.1.3实验前期准备

2.1.4试样的制备

2.2熔炼工艺及原理

2.2.1合金的熔炼

2.2.2精炼的原理

2.3实验方案的确定

2.3.1浇注工艺参数的确定

2.3.2变质工艺参数的确定

2.3.3固态扩散工艺参数的确定

2.3.4二次加热工艺参数的确定

2.4金相分析

2.4.1初生硅尺寸的判定

2.4.2初生硅形状的判定

3铸造工艺对初生硅的影响

3.1铸型温度对组织中初生硅的影响

3.2浇注温度对组织中初生硅的影响

3.3铸造工艺参数对不同硅含量的高硅铝合金的影响

3.3.1铸造工艺参数对Al-20％Si合金组织的影响

3.3.2铸造工艺参数对Al-30％Si合金组织的影响

3.4硅含量与铸造工艺的关系

3.5本章小结

4变质工艺对铸态组织中初生硅形态的影响

4.1变质工艺的确定

4.1.1变质剂的加入温度

4.1.2变质保温时间的确定

4.1.3变质剂的加入量

4.2变质剂的加入量硅铸态组织的影响

4.2.1变质剂的加入量对Al-25Si合金组织的影响

4.2.2变质剂的加入量对Al-20Si合金组织的影响

4.2.3变质剂的加入量对Al-30Si合金组织的影响

4.3硅含量对变质工艺的影响

4.4变质机理的探讨

4.4.1磷变质机理

4.4.2稀土的变质机理

4.5本章小结

5固态扩散处理对高硅铝合金硅相形态的影响

5.1固态扩散的工艺特点

5.2固态扩散工艺对高硅铝合金组织的影响

5.2.1固态扩散工艺对Al-25Si合金组织的影响

5.2.2固态扩散工艺对Al-20Si合金组织的影响

5.2.3固态扩散工艺对Al-30Si合金组织的影响

5.3硅含量对固态扩散处理工艺的影响

5.4固态扩散处理对初生硅形态的影响机理

5.5本章小结

6固液两相区二次加热对初生硅形态的影响

6.1二次加热工艺确定

6.1.1等温温度的确定及合金液相体积分数的测定

6.1.2原始组织形貌对二次加热后合金微观组织的影响

6.2二次加热工艺对高硅铝合金微观组织的影响

6.2.1二次加热对Al-25Si合金的组织影响

6.2.2二次加热对Al-20Si合金的组织影响

6.2.3二次加热对Al-30Si合金的组织影响

6.3硅含量对二次加热工艺处理的影响

6.4二次加热对初生硅形态的影响机理

6.5本章小结

7结论

致 谢

参考文献