稀土在铸造铝合金熔体处理过程中的行为研究

摘要

铸造铝硅合金由于具有优良的铸造性能，而成为目前应用最广的铝合金之一，在国民经济中占有重要的地位。但在常规铸造Al-Si合金的组织中，存在针状的共晶硅和粗大的形状复杂的初晶硅，恶化了合金的性能。在工业上采用变质处理来改变Si相的形貌，使其以有利的形状，较小的尺寸均匀分布在基体中。通常采用P来变质初晶硅，采用Sr、RE等元素来变质共晶硅。但是单一变质方法呈现出一些自身难以克服如铸件无法满足高强度、高耐磨性、易产生针孔、对环境造成污染等缺点，因此对铝硅合金进行复合变质精炼处理已经成为人们研究的目标。 本论文系统的研究了稀土元素在铝合金熔体处理中的作用，考察了稀土的变质强化功能及对铝合金熔体的净化作用，并对其机理作了探讨。在生产实践中，应用稀土复合精变处理技术来解决铝合金铸造生产中存在的问题，形成精炼变质综合效果优良的复合处理工艺，取得了良好的结果。 本论文研究表明： ●稀土元素在铝合金熔体变质处理中具有强化其他变质元素的变质效果。无论是锶变质的亚共晶合金，还是磷变质的过共晶合金，采用了添加稀土元素都能强化其变质效果，并减缓变质效果的衰退。 ●稀土对铝合金熔体具有净化作用，其主要表现在除杂、减少气孔和有效保持其净化效果减少二次污染的功能等三大方面： 1、在纯铝熔体中适量加入稀土可有效去除熔体中的氧化夹杂。 2、适量稀土对铸铝合金有良好的精炼除气能力。在铝熔体中稀土能与氢原子形成稀土氢化物，并形成具有吸氢功能的稀土金属问化合物是除气的重要机理。 3、稀土的加入改变了铝合金熔体表面氧化膜的成分与形貌，提高了表面氧化膜对铝合金熔体的保护作用，降低了铝熔体在熔炼保温过程中的二次污染的几率。 ●工业应用表明，研制的铝合金熔体复合精变处理技术无论在改善硅相的形态大小尺寸方面，还是在提高熔体的净化效果方面均获得了满意结果，达到了预期解决铸造生产上提出的目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2铸造Al-Si合金的基本特征

1.3铸造铝合金的变质处理

1.3.1 Al-Si合金变质处理技术的研究现状

1.3.2变质机理

1.4铸造铝合金的净化

1.4.1气体的来源和铸件中气孔的形成

1.4.2气孔对铝铸件质量的影响

1.4.3铝合金中夹杂的来源与生成

1.5铸铝合金熔体传统的精炼处理方法

1.5.1吸附净化法

1.5.2非吸附净化法

1.6传统精炼变质处理方法的不足

1.7稀土元素在铝合金中的应用

1.7.1稀土在铝合金熔体中的除杂机理[39,46]

1.7.2稀土在铝合金熔体中除气机理

1.8本课题的研究内容

第二章研究总体方案

2.1研究方案

2.2稀土对变质效果的强化功能研究

2.2.1稀土元素对亚共晶铝合金(A356)变质效果的强化

2.2.2稀土元素对过共晶铝合金(A390)变质效果的强化

2.3稀土的净化功能研究

2.3.1稀土对铝合金熔体的除杂功能及其机理研究

2.3.2稀土对铝合金熔体的除氢功能及其机理研究

2.4铝合金熔体精变复合处理工艺在工业中的应用

2.4.1铝熔体复合精变处理技术在A390合金中的应用

2.4.2铝熔体复合精变处理技术在A356合金中的应用

第三章铝合金熔体变质处理中稀土的强化功能

3.1亚共晶铝合金(A356)熔体变质处理中稀土的变质强化

3.1.1 A356合金熔体的Sr变质处理

3.1.2 RE元素对亚共晶铝合金的变质处理

3.1.3 A356合金中RE和Sr元素同时添加的复合处理的变质效果

3.2稀土元素对过共晶合金(A390)的P变质功能的强化

3.2.1 A390合金未变质的显微组织

3.2.2 A390合金熔体处理中P变质剂的变质效果

3.2.3 RE的加入对单一P变质处理熔体中硅相的影响

3.3稀土对变质效果强化机制的探讨

3.4本章小结

第四章稀土对铝合金熔体的净化功能

4.1稀土对铝合金熔体的除杂功能及其机理研究

4.1.1稀土元素的除杂作用

4.1.2稀土对铝合金熔体的除杂机理研究

4.2稀土对铝合金熔体的除氢功能及其机理研究

4.2.1稀土元素对铝合金熔体气孔/针孔的影响

4.2.2稀土对铸铝合金除气净化的机理研究

4.3本章小节

第五章稀土复合精变处理技术在工业中的应用

5.1稀土复合精变处理技术在A390合金中的应用

5.1.1金相组织

5.1.2双向斜板的化学成分

5.1.3力学性能

5.1.4挤压铸造双向斜板装机台架试验

5.1.5挤压铸造双向斜板成本核算

5.2铝熔体复合精变处理技术在A356合金中的工业应用

5.2.1化学成分

5.2.2金相组织

5.2.3熔体减压凝固试样当量密度

5.2.4力学性能

5.3本章小结

第六章结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致 谢