半固态过共晶铝硅合金的电磁搅拌工艺与性能研究

摘要

过共晶铝硅合金具有低密度、良好的热稳定性和高耐磨性，是一种理想的耐磨耐热材料。过共晶铝硅合金在耐磨性能和物理性能上的优势性随着硅含量的增加而更加明显，但同时其力学性能低、切削性能差的缺点也变得非常突出，使大过共晶铝硅合金的应用受到限制。半固态金属成形技术作为一项新兴的金属成形技术，是一种具有巨大发展潜力的加工技术。本文利用实验室自行研制的电磁搅拌装置，对过共晶铝硅合金进行了等温电磁搅拌实验和连续冷却电磁搅拌实验，考察了温度、搅拌时间、冷却速度、搅拌功率等工艺参数对合金微观组织的影响规律。 研究结果表明：电磁搅拌取得了较好的效果，搅拌20min～30min时，初生硅的尺寸明显变小，分布更加均匀，初生硅的边角更加钝化，细化后的初生硅粒子均匀分布到周围的基体上。 等温电磁搅拌时，等温温度在580℃时，熔体的过冷度较600℃时大，熔体的固相率高，有利于初生硅相互碰撞和摩擦，使初生硅更加细小均匀。但低温也有其负面影响，在搅拌时间过长时，初生硅容易团聚长大。连续冷却电磁搅拌时，在搅拌时间超过30min后，初生硅会团聚长大。随着冷却速度的增大，合金熔体的过冷度也增大，会析出更多的晶核，使初生硅的尺寸变小，因此在相同搅拌时间条件下，冷却速率越大，搅拌破碎后的初生硅越细小。但如果冷却速度过大会使搅拌时间受到限制，因此不能使冷却速度过大。在其它搅拌条件相同的情况下，搅拌功率提高后，电磁搅拌产生的剪切作用力增强，对初生硅的作用力更大；而且搅拌功率提高后，合金熔体的旋转速度增加，初生硅粒子碰撞的几率增加，使初生硅组织越细小。过共晶铝硅合金经半固态电磁搅拌处理后，由于初生硅的细化和边角钝化及球状α相的产生，合金的力学性能得到显著提高。

目录

文摘

英文文摘

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第一章概述

1.1半固态金属成形简介

1.2半固态金属成形的研究进展及应用

1.3半固态金属坯料制备方法

1.4过共晶铝硅合金的性能

1.5过共晶铝硅合金的研究进展和应用

1.6立论的目的、意义及依据

1.7研究内容及创新之处

第二章理论分析

2.1合金凝固组织的形成机制

2.2电磁搅拌的工作原理

2.3初生硅细化和形貌变化机理

2.4近球状的α-Al形貌变化机理

第三章实验原料、设备和方案

3.1原料准备

3.2实验设备

3.3实验方案

3.4实验步骤

3.5性能测试试验

第四章等温电磁搅拌对过共晶铝硅合金显微组织的影响

4.1实验方法

4.2等温搅拌时间对过共晶Al-Si合金显微组织的影响

4.3等温温度对过共晶Al-Si合金显微组织的影响

4.4硅含量对过共晶Al-Si合金显微组织的影响

4.5搅拌功率对过共晶铝硅合金组织的影响

4.6小结

第五章连续冷却搅拌对过共晶铝硅合金显微组织的影响

5.1实验方法

5.2连续冷却搅拌时Al-Si合金的显微组织

5.3冷却速度对Al-25％Si合金显微组织的影响

5.4 小结

第六章性能检测结果与分析

6.1磨损性能检测与分析

6.2室温机械性能

第七章主要结论

致谢

参考文献

附录：硕士研究生学习期间学术论文发表情况