一种复合强效变质剂对亚共晶Al－Si合金组织及性能的影响EI

本文通过所研制的复合变质剂对新型亚共晶铝硅合金进行变质处理，α－Ａｌ晶粒明显变细，分布均匀，分叉率增加。共晶硅尺寸减小，分枝增加，并可在熔拣温度下保温４ｈ或重熔５次以上仍保持变质效果。经变质后的组织为共晶硅粒状化处理创造了有利条件，使铝硅合金的综合力学性能明显提高。     

稀土对共晶铝硅合金变质行为的探讨

本文用碳酸稀土直接变质共晶铝硅合金,取得了满意的效果。通过对不同变质剂加入量下共晶硅形貌的观察及特定部位的微区成份分析,探讨了稀土变质铝硅合金的机制。要使共晶硅成为密集分枝的扭曲纤维状变质形态,稀土首先要在硅相中触发足够数量的孪晶,并在生长界面前沿造就合适的稀土富集层。     

球硅增强锌铝合金的组织和性能研究

研究了锌铝硅合金ＺＡ２７Ｘ的组织性能及钠变质作用通过理论分析和试验，发现和铝硅合金一样，锌铝硅合金中的初生硅经钠处理后可由块状变成球状，而共晶硅则以杆状在硅让形成及生长。试验表明，这种球硅增强的锌铝硅合金不仅具有好的耐磨性，而且还具有较高的耐温性。     

半固态铝硅合金中共晶硅的形貌

利用扫描电镜研究了未变质和锶变质半固态铝硅合金中共晶硅的形貌,实验结果表明,未变质半固态合金中晶硅的形貌较常规铸态合金有较硅变化,从成簇的细长片状过渡到以粗短片状或碎块状为主,锶变质半固态合金中的共晶硅仍以细长片状为主,但有一部分为粗短片状或碎块状,上述结果与旋转磁场引起的熔体流动对凝固过程的影响有关。     

稀土La对ZLIO1A组织、性能的影响

本文研究了稀土La在不同的加入量和不同的保温时间下的变质效果,在T6热处理下,对ZL101A的显微组织和力学性能的影响。结果表明：La是铝硅合金的一种优良的长效变质剂,改善合金组织和性能的效果显著,特别是细化共晶硅。在一定La加入量范围内,保温时间的长短影响其变质效果t在较大的冷却速度下可得到细小的显微组织,随着合金中La加入量的增加合金的力学强度（Rm）和延伸率（A）增加。     

Al-Si合金变质元素及其交互作用

铸造Al-Si合金具有轻量化、流动性好、气密性好、收缩率小和热膨胀系数低等优点,已成为铸造业中最受重视的结构材料之一。铸造Al-Si合金的力学性能主要取决于组织中的α-Al相、共晶硅、初生硅、金属间化合物、缺陷以及它们的形态、尺寸和分布,其中硅相和富Fe相的形貌、尺寸及分布对合金性能的影响尤为显著。未变质的Al-Si合金中针片状共晶硅和针状β-Fe相严重割裂基体,粗大块状初生硅和针片状共晶硅尖端和棱角部位产生应力集中,导致合金的性能尤其是塑性、强度和耐磨性显著降低。此外,硬脆的粗大初生硅还会加快机加工刀具的磨损,加工后零部件的表面光洁度也较差,无法满足实际生产的需要。快速凝固、电磁搅拌、超声处理、机械振动等特殊工艺技术虽然可以在一定程度上改善铸造铝硅合金的微观组织和性能,但是都需要专门的设备和特殊的条件,使其应用受到限制。变质处理不需要任何特殊设备,只需添加少量变质元素,就可以实现对其中α-Al相、共晶硅、富Fe相、细化初生硅等的有效调控,具有成本低、方法简单、效果显著等特点,已成为改善Al-Si合金组织、提高性能最有效的途径。然而,各变质元素的变质机理及它们之间的交互作用极其复杂,如何充分发挥各变质元素及它们之间积极的交互作用是当前的研究热点。近年来对单一变质元素的变质作用机理和效果的研究进展迅速,先后发现了Na、Sr、Sb、P、Ti、Mn和RE等都对铸造铝硅合金有一定的变质作用,并且对它们的变质时效性以及经济性都有了充分的认识。与此同时,也有许多研究者开始关注多元素的交互变质作用并在Sr-X、P-X、Mn-X、Ti-X等二元交互变质方面取得了重要的成果,使变质技术更加经济、有效和灵活。本文综述了铸造Al-Si合金常用单一变质元素的特点、变质作用机理和局限性,系统归纳了Sr、P、Ti、Mn和RE与其他元素间的交互作用规律,筛选出具有协同变质作用的二元/多元变质元素交互作用对,以期为深入探究二元/多元变质元素交互作用的机理,开发更高效、多样、绿色的复合变质剂及变质处理方法提供参考。     

铝硅合金中共晶硅的变质机理:杂质诱发共生成对孪晶

为探讨铝硅合金中共晶硅的变质机理,根据杂质诱发共生成对孪晶的理论,对共晶硅的变质机理进行了分析.结果表明:杂质原子诱发的共生成对孪晶之一使得共晶硅在平行于{111}晶面的方向以TPRE的机制生长,而共生成对孪晶中的另一处与原{111}晶面夹角为109.5°的孪晶,则使得共晶硅垂直于{111}晶面方向的生长也按照TPRE机制进行;共生成对孪晶大大加快了共晶硅垂直于{111}晶面方向的生长,并大大降低{111}晶面厚度方向的生长速度与平行于{111}晶面的生长速度的差异,从根本上改变了共晶硅生长时的各向异性特点,使得共晶硅以各向同性方式生长,最终长成纤维状.     

快速凝固过共晶铝硅合金的显微组织及摩擦学行为研究现状

过共晶铝硅合金由于具有高耐磨性、低热膨胀系数和高比强度而广泛应用于汽车和飞机制造业.该类合金在常规铸造下易产生粗大的脆硬初生硅相,降低合金力学性能及耐磨性.而利用快速凝固技术能够有效细化硅相,制备出高耐磨的过共晶铝硅合金.过共晶铝硅合金的性能可以通过改变共晶硅和初晶硅的形态及其分布、二次枝晶胞的尺寸或臂间距等方式加以改善.目前过共晶铝硅合金的研究大多是关于控制共晶和初晶硅的形态和分布,而针对常规铸造的细化晶粒工艺只对25％(质量分数)硅含量以下的过共晶铝硅合金有明显效果,因此研究人员聚焦于能对高硅含量的过共晶铝硅合金实现晶粒细化的快速凝固技术.快速凝固技术区别于常规铸造的特点是高冷却速度,研究发现冷却速度对过共晶铝硅合金的相平衡和微观结构有着显著的影响.随着冷却速度的增加,过共晶铝硅合金的微观结构细化、化学均匀性提高、固溶度增加,形成非晶及亚稳相,极大地改善了过共晶铝硅合金的性能.根据不同快速凝固技术制备的过共晶铝硅合金,其细化的显微组织及对应的摩擦学行为也有所不同.这些差异对于完善快速凝固过程中硅晶粒形核长大机制、形态演化机制及其对过共晶铝硅合金性能影响的理论体系能够起到有效的补充作用.本文综述了快速凝固过共晶铝硅合金四种主要制备方法:衬底急冷技术、快速凝固-粉末冶金技术、喷射沉积技术和选择性激光熔化技术,分析了相关快速凝固工艺的研究现状,对比了不同工艺制备的过共晶铝硅合金的显微组织及耐磨性能,并从理论体系、性能预测和技术工艺三方面对其未来的研究方向提出了一些可行建议.     

AlSi5合金的制备

铝硅合金是一种典型的共晶合金,组织中的β相的性能与纯硅相似,在常规铸态条件下,共晶硅呈片状,初晶硅呈多角形块状和板状.硅相很脆,大大降低了合金的强度和塑性.因此,AlSi合金的性能和β相的形态与分布密切相关,尤其对于Si含量高的AlSi合金.本文综述了各种改善A1Si合金性能的制备方法(包括变质熔炼、快速凝固以及粉末冶金方法等),比较了各种方法制得材料的组织性能特点.同时研究了铸态和加工态AlSi5合金的组织结构特点.实验结果表明,经过轧制+退火处理后,α相晶粒尺寸＜50μm,α相和硅相的分布得到改善.     

铝合金变质处理的研究

本实验是研究不同种类变质剂对铝硅合金力学性能及组织的影响。在变质剂定量的情况下,只改变变质剂的种类这一个参数。采用原料为纯铝与单晶硅制备而成的铝硅中间合金,在加精练剂与不同种类的变质剂的情况下重熔,把所得金属液浇注成拉伸试样,热处理后测试其抗拉强度、延伸率、硬度与观察金相组织。结果表明,在保持原有优良性能的基础上,加入的混合变质剂,0.3%稀土+3.0%三元盐(15%KCl+40%NaCl+45%NaF),使其力学性能有很大的提高,抗拉强度提高到121MPa,维氏硬度达到52;通过金相组织观察可发现初晶硅得到了明显的细化。     

钠盐变质及振动对Zn - 27Al - Si合金组织和性能的影响

为了提高锌铝合金在干摩擦条件下的耐磨性以进一步拓宽其应用范围,在Zn-27Al合金中加入3%～4%Si,并通过钠盐变质及振动处理,制得Zn-27Al-Si合金.利用显微镜和电镜观察分析了试验合金中硅相形貌,并对合金的力学性能进行了测定.研究结果表明:钠吸附在硅晶体的生长台阶上使初晶硅产生大量分枝,最终生长成为球团状;振动一方面改变了结晶的温度场,抑制了共晶硅的析出,另一方面产生的"扰动"作用使硅球表面辐射生长的杆状共晶硅机械碎断,从而减少了硅相对基体的割裂作用,使试验合金在其他性能不变的情况下耐磨性提高3～4倍.     

不同硅含量的铝硅合金在烟气冷凝液中的腐蚀行为

铝硅合金用作烟气冷凝器基材具有良好的前景,目前对其在烟气冷凝液q-的腐蚀行为研究不多。通过扫描电镜、电子能谱、金相显微镜、极化曲线、交流阻抗和全浸腐蚀试验考察了不同硅含量的铝硅合金在60℃烟气冷凝液中的腐蚀行为。结果表明：铝硅舍金在60℃的烟气冷凝液中主要发生点蚀,硅含量较低（小于共晶点12．5％）时,铝硅合金容易在晶间发生局部腐蚀;硅含量较高（大于共晶点12．5％）时,共晶体逐渐减少,块状初晶硅大量析出,加剧了铝硅合金的局部腐蚀;Si含量为13％时,铝硅合金中形成较多的纤维状共晶体（仅＋Si）并均匀分布在铝基中,其耐孔蚀性能最强,这种铝硅合金可用作烟气冷凝换热器基材。     

快速凝固和直流电处理对铝硅合金中硅形态影响

用氮气雾化法制取了Ａｌ－２１．５４％Ｓｉ合金微粒并进行７００℃重熔处理，对加Ｓｒ变质的Ａｌ－１３．２３％Ｓｉ合金熔体进行了直流电处理。用扫描和透射电研究了不同处理条件对Ａｌ－Ｓｉ合金中共晶硅生长形态的影响。结果表明，快速凝固法制取的合金微粒与重熔处理试样中，共晶硅呈球状和条状。加Ｓｉ变质的共晶硅为弯扭的纤维状，直流电熔体处理后共晶硅转变为圆状，其颗粒尺寸为５０－２００ｎｍ。     

利用强磁场控制过共晶铝硅合金的凝固组织

研究了静磁场和梯度磁场的强度和方向对Al-15.7%Si合金宏观和微观凝固组织的影响.结果表明,在不同的磁场条件下,从过共晶合金中析出的初晶硅粒的分布状况和共晶硅的形态和密度有显著不同.通过改变磁感应强度和磁场梯度的大小和方向可有效控制初晶硅的分布;合理控制强磁场的操作参数可达到细化铝硅共晶体的目的.强磁场的磁化力和洛伦兹力通过控制初晶硅颗粒迁移行为来改变其在合金基体中的分布状态,通过影响凝固过程中的对流现象改变合金的凝固组织.     

快速凝固和直流电处理对铝硅合金中硅形态的影响

用氮气雾化法制取了Al-12.54%Si合金微粒并进行700℃重熔处理,对加Sr变质的Al-13.23%Si合金熔体进行了直流电处理.用扫描和透射电镜研究了不同处理条件对Al-Si合金中共晶硅生长形态的影响.结果表明,快速凝固法制取的合金微粒与重熔处理试样中,共晶硅呈球状和条状.加Sr变质的共晶硅为弯扭的纤维状,直流电熔体处理后共晶硅转变为圆球状,其颗粒尺寸为50～200nm.     

熔体深过冷过共晶铝硅合金的凝固组织研究

本工作采用熔体急冷装置对过共晶铝硅熔体进行深过冷处理,采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等手段,研究了硅含量和熔炼工艺对熔体深过冷过共晶铝硅合金凝固组织的影响。研究结果表明,合金在800℃熔炼,保温时间为30 min时,熔体深过冷处理可抑制Al-(14～18) Si合金熔体在凝固过程中初晶硅的析出。当Al-18Si合金在800℃熔炼,保温时间超过30 min时,深过冷Al-18Si合金熔体在室温金属模型中凝固时可完全抑制初晶硅的析出,获得无初晶硅的凝固组织。     

电磁铸造对Al–Si12.6%共晶合金微观组织的影响

目的 了解外加耦合场作用下Al–Si合金的微观组织演变情况。方法 利用外磁场加强凝固过程中熔体的流动，从而获得合金中各相的形态、分布和取向等，利用扫描电子显微分析技术(SEM)和电子背散射衍射分析技术(EBSD)研究电磁场对Al–Si12.6%共晶合金微观组织的影响规律。结果 在磁场作用下，铸件的组织均匀性增加，初生铝和共晶硅的尺寸均减小，并且随着磁场强度的增大，共晶硅的含量和尺寸呈减小趋势，其形态趋于等轴状，共晶硅附近各铝枝晶之间的外延生长关系消失，相互独立形核和长大。结论 研究成果可以为电磁铸造对Al–Si系共晶合金微观组织研究提供一定的参考。     

热处理对变质处理Al-Si合金组织的影响

本文采用金相显微镜、扫描电镜观察及能谱分析,研究热处理对Na盐变质Al-12％Si合金组织的影响。研究结果表明：Al-12％Si合金加入25％NaF＋62％NaCl＋13％KCl变质后共晶硅相细化;Al-12％Si合金经过热处理,随着加热温度的升高及保温时间的延长,硅相逐渐粒状化,其中变质处Al-12％Si合金的细化效果更佳;在本试验条件下,经过变质处理的Al—12％Si合金经加热577℃保温8h后,获得了硅相呈细小颗粒状,在a—Al基体上均匀分布的共晶组织。Na盐吸附于硅的晶核表面,阻碍硅晶体的长大,使Si相细化。Al-12％Si合金热处理过程中,随温度的升高及保温时间的延长,使原子扩散加快,促进硅相细化。     

变质剂对高硅铝合金标准样品组织均匀性的影响

采用金相观察和X射线衍射分析方法研究了Al-Sr,Al-P,Cu-P三种变质剂对高硅(22%,质量分数)铝合金标准样品组织均匀性的影响.结果表明:未添加变质剂的标准样品中初晶硅呈粗大板片状,且局部聚集成团,组织均匀性差;添加了Al-Sr变质剂后初晶硅得到了一定的细化,但共晶硅高度分枝,组织分布仍不够均匀;添加Al-P和Cu-P变质剂后,标准样品中出现了新相AlP,使得初晶硅由板片状变成了细小的多边形颗粒,且弥散分布于整个基体中,同时共晶硅析出明显减少,而初晶硅数量增多,标准样品的组织均匀性好.另外对比发现,添加Cu-P变质剂后的改善效果最为显著,组织均匀性最好,且其成分均匀性通过传统的极差法检测也完全符合标准样品的要求.本工作从组织均匀性上为高硅铝合金标准样品的制备提供了新的判据和参考.     

铝硅合金变质的研究进展

综述了当前国内外铝硅合金变质处理及其变质机理的研究进展。变质元素Na、Sr、Sb、Ba、Te、Bi、P、S、Ca、As、稀土等已取得了良好的变质效果,通过对比分析其变质机理以及绿色无污染、经济长效等方面的优缺点,比较了这些变质元素单一变质、二元变质和多元变质的优势与局限性,并展望了铝硅合金变质方法的发展趋势。