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.     

过共晶Al-22Si合金的切削加工性能研究

采用金属铸造法制备过共晶Al-22Si合金试样块,在光学显微镜上观察细化变质后过共晶Al-22Si合金的微观组织形貌,并测试其布氏硬度值和铣削表面粗糙度.通过正交试验探究轴向切深、进给量、铣刀转速对铣削力的影响.实验结果表明:细化变质后的过共晶Al-22Si合金初晶硅尺寸减小,共晶硅呈短棒状,合金硬度很高,铣削表面粗糙度较小;在铣削加工中,铣刀转速对合金铣削力的影响最大,其次是轴向切深,最小的是进给量.     

超声温度对电机转子用Al-12%Si合金凝固组织及性能的影响

研究Al-12%Si合金在凝固期间受到不同功率超声作用时得到的组织结构,对α(Al)组织与Al+Si共晶相的微观形态进行了观察。实验测试结果表明:相对于未超声处理,对各凝固阶段加入超声场作用之后都会明显减小凝固组织的数量与气孔尺寸。增加超声作用后可以使各阶段的Al-12%Si合金都在凝固期间形成更小的气孔率,并且超声作用程度最明显的是液相阶段。受到超声作用的情况下,Si相发生了长宽比的显著减小,对初生组织的形核与晶粒生长过程进行超声后,得到了具有最小长宽比的Si相组织。加入超声处理后,使Al-12%Si合金形成了具有更高硬度的初生α(Al)相与共晶组织。与初生α(Al)相比,对合金液相进行超声时可以获得最大的硬度,相对未超声处理组织增大了20.3%。经过超声处理后,Al-12%Si合金在压缩期间出现了墩粗变形,具有明显的塑性变形特征,其屈服强度发生了较大提升。     

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。     

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

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。     

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.     

(NaPO3)n对过共晶Al-Si合金初晶硅细化的研究

研究了 (Na PO3) n 对 Al- 2 2 % Si过共晶合金初晶硅的晶粒细化作用。结果表明 ,(Na PO3) n对初晶硅的细化效果优于 Cu P,同时 (Na PO3) n 具有共晶硅变质的作用。采用 (Na PO3) n 处理的 Al- 2 2 % Si- 1.0 % Cu- 0 .5 % Mg- 0 .5 % Mn合金的平均抗拉强度可达 2 73MPa。以扫描电镜、电子探针为检测手段研究了 P元素对过共晶 Al- Si合金的 Si晶体的影响。结果表明 ,一方面 Al P作为异质核心细化初晶硅 ,另一方面 ,有 Na同时存在时 ,P的扩散受阻 ,P元素在 Si相生长表面富集 ,阻碍了 Si相生长 ,细化了初晶硅。     

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。     

合金元素对 Nb2Mo2Si合金相平衡及Nb2 Nb 5Si 3共晶组织形态的影响

采用电弧熔炼法制备了 Nb220Si210Mo、Nb220Si210Mo23M (M = Cr , Al , Ti) (原子分数) 四种 Nb2Mo2Si基超高温合金。利用 SEM、EDS、XRD等实验技术对铸造合金的相组成与组织形态进行了观察和分析。Nb220Si210Mo 合金由铌固溶体 (Nb SS) 与βNb 5Si 3化合物两相构成 , 其铸造组织包含大量片层状共晶 (Nb SS 2βNb 5Si 3) 组织。少量合金元素 Cr (3 at %) 能够改变 Nb220Si210Mo 合金的相平衡关系 , Nb220Si210Mo23Cr 的铸造组织中不仅存在 Nb SS和βNb 5Si 3 , 而且还出现少量 Cr 2Nb相 ; 而添加合金元素 Al、Ti (3 at %) 并不改变 Nb220Si210Mo 合金的相平衡关系。添加 Cr 使 Nb SS 2 βNb 5Si 3共晶组织失去了平直片层特征 ; Al 有利于共晶组织中片层状共晶形成 ; 添加 Ti使共晶组织呈现羽毛状特征。合金化使 Nb与βNb 5Si 3的晶格常数发生变化 : Nb的晶格常数均变小; Nb220Si210Mo23Cr合金中βNb 5Si 3的 c/ a值减小 , 其它 3种合金中βNb 5Si 3的 c/ a值增大。     

Effect of combined magnetic field on the eliminating inclusions from liquid aluminum alloy

The effect of electromagnetic field on the removal of inclusions in the aluminum alloy was investigated. Primary silicon particles precipitating from the solidification of Al-Si hypereutectic alloy were regarded as inclusions. An experimental apparatus applied with both rotating magnetic field (RMF) and traveling magnetic field (TMF) was employed to study the distribution of silicon particles in Al-Si alloy under magnetic field. The results showed that combined magnetic field (CMF) consisting of RMF and TMF eliminated the silicon particles from the molten alloy. Compared with TMF or RMF, CMF increased the separating effectivity substantially. It was proposed that CMF provided a highly effective approach for metal purification.     

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。     

Effect of Squeeze Cast Process Parameters on Fluidity of Hypereutectic Al-Si Alloy

The effects of processing variables on the fluidity of hypereutectic Al-Si alloy melt during squeeze casting were investigated.The maximum fluidity of Al-16.0%Si alloy during squeeze casting was obtained under the applied pressure of 30 MPa.The fluidity increased with superheat.The fluidity increased with silicon content in the range from 12.0% to 20.0%.That was decreased respectively by eutectic modification and primary silicon refinement.     

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。     

Modification of hypoeutectic Al-Si alloys

Modification of the Al-Si eutectic microstructure has been studied by using the entrained droplet technique in a range of hypoeutectic Al-Si alloys doped with different levels of phosphorus and sodium. Differential scanning calorimetry has been used to investigate the kinetics of silicon nucleation during eutectic solidification, and transmission and scanning transmission electron microscopy has been used to investigate the eutectic microstructure and microchemistry. The Al-Si eutectic microstructure can be modified from coarse-faceted silicon particles nucleating at low undercooling to clusters of fine-scale silicon particles nucleating at high undercooling by either increasing alloy purity, adding sodium, or increasing cooling rate during solidification. The unmodified coarse silicon particles are heterogeneously nucleated on pre-existing AIP particles. Increasing alloy purity removes phosphorus and prevents the formation of AIP; adding sodium leads to the formation of Na₃P in preference to AIP; and increasing cooling rate allows insufficient time for the precipitation of AIP from low levels of dissolved phosphorus. At a cooling rate of 10 K min^–1, the transition from an unmodified to a modified Al-Si eutectic microstructure takes place when phosphorus levels fall below 0.25–2 p.p.m., and when sodium levels increase to 80–850 p.p.m.     

Effect of Al-5Ti-1B on the microstructure of near-eutectic Al-13.0%Si alloys modified with Sr

The addition of Sr in Al-Si alloys as a modifier causes a transition of the morphology of eutectic silicon from coarse plate-like or acicular to fine fibrous. However, it may also lead to the formation of long columnar dendritic -Al phase. Al-5Ti-1B master alloy is often used as a grain refiner to achieve the fine equaixed grains in aluminum and aluminum alloys. The aim of the present study is to highlight the effect of Al-5Ti-1B master alloy additions on the microstructure of near-eutectic Al-Si alloys modified with Sr. When the addition of Al-5Ti-1B master alloy was below 0.82 mass%, the dendritic -Al phase changed from long columnar to equiaxed, and there were no noticeable changes of the morphology and size of eutectic silicon, while the size of eutectic cells decreased slightly. However, when the addition was above 0.82 mass%, the deleterious influence of Al-5Ti-1B master alloy on the modification effect of Sr emerged and with further increases in addition level a fully unmodified microstructure was finally produced. The results indicate that the effective Sr in the melt decreases with increased addition of Al-5Ti-1B. The poisoning event of Al-5Ti-1B master alloy on the modification of Sr is supposed to be related with the interaction between Sr and Ti.     

电磁场对A1-18%Si过共晶合金初晶Si相形貌的影响

研究了交流电场、直流磁场和二者复合产生的电磁振荡对A1-18%(质量分数)Si过共晶初晶Si相形貌的影响。结果表明:交流电场、直流磁场和电磁振荡都使合金初晶Si相的大小经历了一次细化过程,交流电场使Si原子有序偏聚团的尺寸和数目发生改变,增大形核率,细化初晶Si相;直流磁场通过电磁制动效应抑制了初晶Si相的形核与长大;电磁振荡细化作用是通过减弱合金的成分过冷和温度梯度从而增大过冷度实现的。三者相比,在电磁振荡的作用下初晶Si相更为细小。     

电磁振荡频率对半连铸7075Al合金微观组织的影响

采用同时施加一个稳恒磁场和一个交变磁场的方法，在半连铸7075铝合金过程中，使凝固熔体产生受迫振荡。实验研究了电磁振荡的频率对晶粒细化的影响规律，结果表明电磁振荡法获得的晶粒尺寸比CREM法的小，且随着电磁振荡频率降低，铸锭整体组织变得更加细小和均匀。并对电磁振荡作用下，合金凝固组织的细化机理进行了探讨。     

The role of yttrium modifying A357 alloy with sand casting

The microstructure of A357 alloy modified by yttrium (Y) and its modification mechanism was investigated. The results show that under a sand casting condition, there was small or even no solution strengthening effect of Y on the A357 alloy. Y did not change the morphology of eutectic silicon but made it shorter, and Y increased the nucleation cores during its nucleation processes rather than promoting the formation of twinning during the growth processes. The solidification mode of many eutectic silicon phases changed from nucleating on the dendrites to heterogeneous nucleation of eutectic grains in the interdendritic liquid. The number and area of eutectic silicon clusters increased with increasing Y. A bright Al₂Si₂Y phase appeared even though Y was very low.     

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.