过共晶铝硅合金半固态浆料复合制备及其流变成形研究

摘要

过共晶铝硅合金具有轻质、耐磨性高、膨胀系数低、铸造性能好等优点，被广泛的应用于汽车、航空等领域。但是合金中存在着形状复杂、粗大且分布不均匀的初生硅，这将严重的割裂合金基体，降低合金的力学性能。因此，开展初生硅细化的研究具有重要的理论意义及实际应用价值。
　　本文以 A390过共晶铝硅合金为研究对象，采用变质处理与滚筒搅拌复合制备的新方法实现初生硅的细化。采用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、带能谱分析(EDX)的扫描电子显微镜等分析手段，首先研究变质处理下 A390过共晶铝硅合金的显微组织；进而采用自行设计的滚筒搅拌装置制备 A390合金半固态浆料。在此基础上，采用变质处理与滚筒搅拌复合的方法制备半固态合金浆料，优化工艺参数，从理论上分析复合制备浆料的细化机制。对比分析普通压铸及流变压铸制备A390合金的微观组织和力学行为的差异。研究结果表明：
　　变质实验中，随着Al-P的加入，初生硅从未变质时的粗大板块状转变为细小颗粒状，平均尺寸从50μm减小到14μm，分布更加均匀，共晶硅有向棒状转变的趋势。变质剂加入量为0.035 wt.%P时，初生硅的平均尺寸最小，加入量继续增大，初生硅颗粒发生粗化，产生过变质效应。变质温度的升高使得初生硅的平均尺寸先减小后增大。而变质时间的延长则导致初生硅形貌由细小颗粒状变为板块状。本实验优化的变质工艺参数为：变质剂加入量0.035 wt.%P，变质温度810℃，变质时间10 min。
　　滚筒搅拌处理制浆实验中，初生硅形貌从粗大板块状转变为细小颗粒状，α-Al从树枝晶向非树枝晶转变。随着浇注温度的降低、转动速度的提高、倾斜角度的增加，初生硅的平均尺寸均是先减小后增大。在浇注温度为720℃，转动速度为90 r/min，倾斜角度为15o时，基体中初生硅呈细小颗粒状分布，平均尺寸最小为17μm，共晶硅为短棒状，α-Al呈近球状。
　　与变质处理或滚筒搅拌工艺相比，复合制备使得颗粒状的初生硅更加细小，分布更加均匀。随着浇注温度的降低，初生硅的平均尺寸先减小后增大，在720℃左右达到最小，为9μm。复合制备中，变质形成的AlP颗粒、滚筒搅拌的激冷及自搅拌作用会促进初生硅异质形核、抑制初生硅晶核生长，进而细化初生硅。复合制备所获得浆料中晶核数目远多于单一变质或单一滚筒制备中的晶核数目，这导致其平均尺寸大大降低，其中变质起主要细化作用。
　　通过流变压铸和普通压铸 A390合金的组织及力学性能的对比，发现：普通压铸件中有气孔存在，α-Al呈树枝晶存在，而流变压铸件中气孔数目减少，α-Al为近球状，普通压铸和流变压铸件中初生硅均为细小颗粒状。流变压铸件的力学性能高于普通压铸件的力学性能，当流变压铸的浇注温度为720℃时，合金的抗拉强度和延伸率均为最大值，分别为296 MPa、0.93%，与普通压铸合金的270 MPa、0.39%相比分别增加了10%及138%。普通压铸件和流变压铸件的断裂都是以初生硅的脆性断裂为主。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 过共晶铝硅合金

1.3 过共晶铝硅合金的变质

1.4 过共晶铝硅合金半固态成形技术

1.5 本课题的目的、意义及研究内容

参 考 文 献

第二章 实验方法

2.1工艺路线

2.2实验原材料

2.3浆料制备及成形方法

2.4微观组织分析

2.5 拉伸性能测试

参 考 文 献

第三章 过共晶铝硅合金变质研究

3.1 引言

3.2 变质剂加入量对合金组织的影响

3.3 变质温度对合金组织的影响

3.4 变质时间对合金组织的影响

3.5 本章小结

参 考 文 献

第四章 过共晶铝硅合金半固态浆料制备研究

4.1 引言

4.2 滚筒搅拌制浆

4.3 变质与滚筒搅拌复合制浆

4.4 复合方法细化初生硅机制研究

4.5 本章小结

参 考 文 献

第五章 流变成形压铸成形研究

5.1 引言

5.2 浇注温度对流变成形铸件组织影响规律

5.3 浇注温度对流变成形铸件性能影响规律

5.4 本章小结

参 考 文 献

第六章 结 论

致谢

攻读硕士学位期间发表学术论文