铸造Al-Si合金熔体复合处理技术的研究

摘要

本论文主要以过共晶Al-Si合金为研究对象，研究了熔体热速处理中不同的熔体温度及熔体温度下不同保温时间对合金微观组织和性能的影响。实验结果表明，熔体热速处理中不同的熔体温度及熔体温度下不同保温时间对合金微观组织和性能的影响是不相同的。熔体热速处理可以同时细化初晶硅和含铁相。930℃熔体温度下保温20min后热速处理:Al-15Si-2.7Fe合金中粗大的初晶硅和片状的含铁相被细化成细小的块状，长针状的含铁相几乎全部消失;合金的力学性能得到一定的提高，相比于普通工艺下所得合金，合金的抗拉强度、伸长率和硬度分别提高了12.7％，38.5％和10％;合金的耐腐蚀性能最好，腐蚀电位值最高、腐蚀电流密度最低;与此同时，合金的磨损量下降了7～17％，摩擦系数下降了24～30％。
　　熔体热速处理中低温浇注可以细化变质Al-15Si合金组织中的初晶硅和共晶硅，粗大针状的共晶硅变为细小的短棒状或点状弥散地分布于基体中，合金的力学性能有一定程度的提高，合金的抗拉强度和伸长率分别为201MPa和3.5％，相比于730℃普通铸造工艺下合金，抗拉强度和伸长率分别提高了12％和25％。此外，熔体热速处理中低温浇注的合金的共晶温度差值高达5.1℃，高于单独经过Sr和RE变质的，这也表明熔体热速处理中低温浇注的共晶硅的变质等级要好于单独经过Sr和RE变质的。
　　熔体热速处理中低温浇注也能够改善Al-15 Si-2.7Fe合金的组织，提高合金的力学性能。虽然熔体热速处理中低温浇注对合金的力学性能有所提高，但是，提高的程度有限且没有规律性;此外，合金的力学性能相比于930℃熔体热速处理中730℃普通浇注温度下浇注的要低。随着在730℃浇注温度下保温时间的延长，相应凝固合金组织中的铝硅铁金属间化合物尺寸逐渐增大，合金的硬度也逐渐下降且硬度的下降趋势逐渐变缓，当浇注温度下保温时间达到20min后，虽然合金的硬度仍下降，但变化已不再明显。
　　Al-18Si-1.5Cu-0.6Mg合金经熔体热速处理与变质、晶粒细化复合处理后，组织明显细化，初晶硅的尺寸从100μm左右被细化到10μm以下，共晶硅由粗大的针状变为纤维状，合金的力学性能明显提高，抗拉强度和硬度分别达到287MPa和102HB，相比于普通铸造工艺下合金，抗拉强度和硬度分别提高了55.1％和70％。
　　单独添加Mn元素并不能完全阻止合金中针状铁相的出现，锰铁比过高反而会使合金中形成体积较大的规则六边形块状相，降低合金的力学性能;Mn与熔体热速处理复合处理可以改善Al-15Si-1.7Fe合金中相的组织形貌，提高合金的力学性能。当Al-15Si-1.7Fe合金经2.5Mn与熔体热速处理复合处理后，合金的抗拉强度和硬度分别达到202MPa和88.9HB，相比于未经Mn与热速处理复合处理的合金分别提高了16.7％和8.3％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的意义

1．2 铝硅合金的变质、细化及强化

1．2．1 铝硅的变质、晶粒细化及其机理

1．2．2 铝硅合金的强化机制

1．3 铝硅合金中铁相存在形态及影响

1．4 去除铝硅合金中铁相有害作用的措施

1．5 合金的熔体温度处理

1．5．1 合金熔体温度处理的定义及理论依据

1．5．2 合金熔体结构及性质的研究现状

1．5．3 熔体温度处理的主要方法

1．5．4 合金熔体的热速处理

1．6 本文的目的意义及主要内容

第二章 实验方案与研究方法

2．1 研究方案及技术路线

2．2 试验用原料

2．3 试验仪器设备

2．3．1 差示扫描量热分析仪

2．3．2 热分析仪和热分析样杯

2．3．3 其它试验设备

2．4 力学性能测试

2．4．1 拉伸试验

2．4．2 硬度试验

2．4．3 摩擦试验

2．4．4 电化学试验

2．5 微观组织分析

2．5．1 金相组织分析

2．5．2 断口形貌分析

第三章 MTRT对含Fe的Al-15Si合金组织和性能的影响

3．1 Al-15Si-2．7Fe合金的DSC分析

3．2 不同熔体温度对Al-15Si-2．7Fe合金的影响

3．2．1 不同熔体温度对合金微观组织的影响

3．2．2 不同熔体温度对合金力学性能的影响

3．2．3 不同熔体温度对凝固合金摩擦性能的影响

3．2．4 不同熔体温度对凝固合金耐蚀性的影响

3．2．5 不同熔体温度对凝固合金铸造性能的影响

3．3 930℃熔体温度下保温时间对Al-15Si-2．7Fe合金的影响

3．4 MTRT对不同含Fe量的Al-15Si合金的影响

3．4．1 MTRT对不同含Fe量的Al-15Si合金微观组织的影响

3．4．2 MTRT对不同含Fe量的Al-15Si合金力学性能的影响

3．5 MTRT对含Fe的Al-Si合金作用效果的机理分析

3．6 本章小结

第四章 MTRT中低温浇注对Al-15Si合金组织和性能的影响

4．1 MTRT中低温浇注对Al-15Si合金初晶硅的影响

4．2 MTRT中低温浇注对Al-15Si合金共晶硅的影响

4．3 MTRT中低温浇注对Al-15Si合金力学性能和断口形貌的影响

4．4 热分析冷却曲线对共晶硅变质效果的评估

4．5 不同处理的机理分析

4．6 本章小结

第五章 MTRT中低温浇注对Al-15Si-2．7Fe合金组织和性能的影响

5．1 MTRT中低温浇注对Al-15Si-2．7Fe合金组织的影响

5．2 MTRT中低温浇注对Al-15Si-2．7Fe合金力学性能的影响

5．3 730℃浇注温度下不同保温时间对合金组织和性能的影响

5．4 本章小结

第六章 熔体复合处理对过共晶Al-Si合金组织和性能的影响

6．1 MTRT+P+RE的熔体复合处理对合金组织的影响

6．2 MTRT+P+RE的熔体复合处理对合金力学性能的影响

6．3 机理分析

6．4 本章小结

第七章 熔体复合处理对Al-15Si-1．7Fe合金组织和性能的影响

7．1 MTRT+Mn的熔体复合处理对Al-15Si-1．7Fe合金组织的影响

7．2 MTRT+Mn的熔体复合处理对Al-15Si-1．7Fe合金力学性能的影响

7．3 本章小结

第八章 结论

参考文献

致谢

附录