变质处理及合金化对Al-18Si摩擦磨损性能的影响

在Al-18Si合金中添加Na_3PO_4、Cu、Ti或添加TiB_2、Cu,利用金相显微镜观察合金的微观组织形貌,在万能摩擦磨损试验机上进行干摩擦磨损试验,研究添加不同变质剂和金属元素时,铝硅合金微观组织结构的变化对其摩擦磨损性能的影响。结果表明,添加TiB_2、Cu的试样,初晶硅形状相对规则,尺寸约为40μm,共晶硅呈颗粒状,合金摩擦力和摩擦系数在磨损的初期有波动,后期逐渐平稳,耐磨性能改善,摩擦磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损。添加Na_3PO_4、Ti、Cu的试样,初晶硅明显细化并弥散分布,尺寸为30~40μm,共晶硅呈短针状,合金基体显著强化,摩擦力和摩擦系数减小,耐磨性能显著提高,摩擦磨损机制以粘着磨损为主。     

稀土和磷复合变质对Al-21%Si合金组织和耐磨性的影响

以过共晶Al-21％Si合金为研究时象，分析磷、稀土复合变质时合金组织和磨损性能的影响，并对其磨损机理进行了探讨。结果表明：复合变质后粗大块状、条状的初晶硅尺寸明显细化，粗大针状的共晶硅变为短杆状或颗粒状。P、RE时初晶硅均有细化作用，P的细化作用较强。当加入0．9％RE＋0．08％P时初晶硅细化效果最佳，初晶硅从66．4μm细化到23．3μm；RE对共晶硅的变质作用较显著，稀土含量为0．6％时，共晶硅平均尺寸从8．3μm细化到5．2μm。磨损试验结果表明：合金的耐磨性不仅与初晶硅颗粒尺寸和分布有关，而且受基体中共晶硅形态影响，磷、稀土复合变质剂配比为0．06％P＋0．6％RE时，耐磨性最好；其室温润滑磨损机理以磨粒磨损和粘着磨损为主；干摩擦高速磨损条件下，主要磨损形式为氧化磨损和粘着磨损。     

过共晶铝硅合金的摩擦磨损性能研究

采用P-Cu和Al-RE中间合金对过共晶Al-20Si合金进行变质处理,在观察显微组织的基础上对Al-20Si铝硅合金进行了摩擦磨损特性研究.结果表明,铸态Al-20Si合金经变质和T6热处理后,磨损失重量减少了26%～42%,摩擦因数减小了8%～11%,其耐磨性能得到明显改善.合金耐磨性能的改善与复合变质引起的共晶硅和初晶硅颗粒的细化及热处理使得合金的强度进一步提高有关.合金变质前的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损,变质后的合金磨损机制明显为磨粒磨损.     

Al-Mn-Ti-P-Cu及Mg对过共晶Al-25Si合金组织及耐磨性能的影响

采用真空感应熔炼炉制备一种新型绿色中间合金Al-Mn-Ti-P-Cu,并添加金属Mg共同作用于过共晶Al-25Si合金,再对其进行适当热处理,最后检测实验效果,分析变质、强化、磨损机制.结果表明:该中间合金对组织中粗大的初、共晶硅及α(Al)均有明显细化作用；变质后,添加适量Mg可将Mg2Si强化相以相对细小形态引入基体,并最终在热处理后呈颗粒状均匀弥散分布基体中;随着组织的细化以及基体强度和硬度的提高,合金的磨损机制由磨粒磨损和粘着磨损的混合型磨损转化为单一的磨粒磨损,同时磨损质量损失降幅达46.6％,从而获得一种较理想的高强耐磨活塞材料.     

P-RE复合变质对过共晶Al-20%Si-Mg合金凝固组织的影响

以过共晶Al-20%Si-Mg合金为研究对象,利用金相显微镜分析了不同成分配比的P-RE复合变质剂对合金凝固组织的影响。试验结果表明,P-RE复合变质剂对过共晶Al-20%Si-Mg合金的初晶硅和共晶硅均有良好的变质和细化作用,当变质剂配比为0.06%P+0.8%RE时,合金取得最好的变质效果,初晶硅由粗大的多边形块状变为钝化角状、块状或近球形,且分布更为均匀,平均尺寸由未变质的82.3μm细化到15.2μm;共晶硅由长的粗针状转变为颗粒状或短棒状,平均尺寸由未变质的9.1μm细化到3.6μm。     

富镧混合稀土变质过共晶Al-24％Si合金

采用富镧混合稀土对过共晶Al-24% Si合金进行变质处理,对其微观组织和力学性能进行了研究.实验结果表明:富镧混合稀土不但能有效变质合金中的初晶硅,使其尺寸减小到40μm左右,形状多为规则的多边形;而且对共晶硅的细化更为明显,在初晶硅周围的共晶组织多为短杆状,部分则呈颗粒状,合金经变质后力学性能得到了明显提高.同时,初步探讨了混合稀土的变质机制.     

Al-P中间合金细化变质过共晶铝硅合金显微组织研究

在过共晶Al-22%Si合金熔体中添加Al-P中间合金,采用光学显微镜观察分析Al-P中间合金对过共晶铝硅合金显微组织细化变质的效果。研究结果显示,未经Al-P中间合金细化变质的Al-22%Si合金显微组织粗大;添加Al-P中间合金的Al-22%Si合金显微组织发生了很大改善,粗大块状初晶硅的尺寸减少,转变为纤维状,针状共晶硅转变为短棒状甚至是颗粒状,获得了良好的细化变质效果。     

磷变质对Al-50Si复合材料微观组织和性能的影响

用熔铸法制备Al-50Si复合材料,加入Al-3P中间合金对熔体进行变质处理,研究P元素对Al-50Si复合材料微观组织和性能的影响,并且采用晶粒统计、X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪等仪器和方法研究P元素对Al-50Si复合材料中初晶硅的变质机理。结果表明:一定的P含量对Al-50Si复合材料中的初晶硅和共晶硅的凝固形态均有显著的变质作用, P的加入量为0.5%时,变质效果最佳,初晶硅的平均尺寸减小到40μm,形貌由粗大的板条状转变为细小均匀的多角块状,共晶硅由粗大的针状变为短杆状;P对初晶硅的作用机理是在熔体中形成了大量的AlP粒子,作为初晶硅的异质晶核极大地提高了初晶硅的形核率,使其细化并均匀分布;P变质使Al-50Si复合材料的抗弯强度得到显著提高,达到206.27 MPa,同时,Al-50Si复合材料的导热性能也大幅上升,热导率达到131.25 W/(m·K),热膨胀系数没有发生明显改变。     

混合稀土对过共晶Al-28wt％Si合金的变质作用

对过共晶Al-28wt％Si合金进行混合稀土变质处理,研究了变质对合金微观组织及力学性能的影响.实验结果表明,混合稀土对合金中的初晶硅有较为明显的变质效果,使其尺寸由200 μm以上减小到100μm左右,呈不规则颗粒状;对共晶硅的细化效果更为显著,由粗大的板片状细化为短杆状,变质后合金的力学性能得到明显提高.     

添加La-Ce对Al-18Si-4Cu-0.5Mg合金显微组织和力学性能的影响（英文）

通过光学显微镜、扫描电镜、电子探针和拉伸测试研究添加镧铈稀土后Al-18Si-4Cu-0.5Mg合金的组织演变和力学性能。光学显微镜和扫描电镜结果表明,添加镧铈稀土后初晶硅颗粒由粗大块状和不规则多边形状明显细化为细片状,共晶硅由粗长针状细化为短棒状和珊瑚状。添加0.3%镧铈稀土时,合金具有最小初晶硅尺寸和最佳力学性能。此时,初晶硅平均尺寸由61μm细化至28μm,抗拉强度由222 MPa增大到242 MPa,伸长率由3.2%提高至6.3%。此外,还通过扫描电镜和电子探针探究合金的变质机制和断裂模式。     

熔体过热处理对Al-22wt%Si合金显微组织的影响

通过观察分析Al-22wt%Si合金在800℃条件下进行过热处理的试验结果,研究了过热处理对Al-22wt%Si合金中初晶硅相的影响,从而得到改善铝硅合金的组织和性能的控制参数和条件。通过分析,发现在900℃下重熔后,在800℃下保温,随着保温时间的延长,初晶硅有明显的生长取向,初晶硅由变异的五瓣星形状生长转变为树枝状生长,树枝状熔断分解后转变为较规则的片状初晶硅,基本观察不到类似铸态共晶组织中存在的五瓣星形状和粗大板片状共晶硅,几乎全部转变为比较细小的短杆状共晶硅,即共晶硅在未变质的状态下出现了经变质处理后的显微特征,得到了改善合金组织和性能的合理控制条件。     

稀土变质对Al-30%Si过共晶合金Si相的影响

用光学金相分析手段,研究了未变质和稀土变质的Al-30%Si过共晶合金Si相的形貌.结果表明,变质合金中无论是初晶硅还是共晶硅的形貌较未变质合金有较大变化;随变质剂含量的增加,初晶硅尺寸进一步减小并且分布更弥散.共晶硅的形态从粗大的板片状转变为细小的纤维状;变质存在一个最佳值量,超过这个量时会出现过变质现象.变质剂的最佳加入量为20%.     

Mg及Mn元素对Al-Si合金显微组织和力学性能的影响

采用光学显微镜等手段对Mg和Mn复合变质处理后的过共晶Al-Si合金显微组织及形貌进行观察。结果表明:随着Si含量的增加,Al-Si合金中有粗大的不规则板条状的初生硅和长条状的共晶硅生成,且随Si含量的增加,合金的抗拉强度呈下降趋势,布氏硬度则逐渐增加;在Al-20Si合金中添加0.9%Mg后,合金中的初生硅和共晶硅得到明显细化,合金的力学性能提高;0.9Mg-xMn的加入可同时变质Al-20Si合金的初生硅和共晶硅,初生硅的形状由星形和不规则形状变为块状,共晶硅由长针状变成球状或短棒状;0.9Mg-0.5Mn复合加入后,合金的铸态抗拉强度最高,达到了210 MPa,较Al-20Si和Al-20Si-0.9Mg合金分别提高64%和37%;热处理以后的抗拉强度达到345 MPa,较铸态的提高64%。     

汽车用Al-20Si合金的变质处理与合金化试验研究

试验研究单独添加P和复合添加P+Er对Al-20Si合金的变质作用并优化出最佳添加量,在此基础上考察了Cu和Ni对Al-20Si合金室温和300℃高温强度的影响。结果表明:未添加P变质处理的合金中的初晶Si主要呈粗大块状或星状,棱角较为尖锐且分布不均匀,P变质处理的后合金中初晶Si的形貌逐渐转变为颗粒状,尺寸变小的同时均匀度增加;复合添加P+Er变质处理的合金中初晶Si形态变化不大,而共晶Si尺寸明显减小,w(P)=0. 04%、w(Er)=0. 06%复合变质处理Al-20Si合金可以得到最佳变质效果;在Cu含量不变前提下增加Ni含量或者Ni含量不变前提下增加Cu含量,都可以提升Al-20Si合金的室温强度和300℃高温抗拉强度,且Ni元素对提高300℃高温抗拉强度更加显著,Al-20Si合金中Cu和Ni适宜的添加量都为1. 6%(质量分数)。     

细化变质处理对铸造A356铝合金组织性能及共晶硅生长机制的影响

研究了采用新型Al-5Ti-1B-1RE中间合金和Al-10Sr中间合金对A356铝合金进行单一或复合细化变质处理后的组织、力学性能和共晶硅生长机制的影响。结果表明：单一细化变质处理中Al-5Ti-1B-1RE中间合金对A356铝合金中α-Al相有明显的细化作用,合金的强度和维氏硬度显著提高；Al-10Sr 中间合金对共晶硅有强的变质作用,合金的伸长率明显提高；而经复合细化变质处理后α-Al相形状和尺寸变得更均匀细小,晶界更清晰,共晶硅相几乎都转变成更弥散、更细小的纤维状,片层状共晶硅也几乎完全消失,共晶硅长度由铸态40-60 μm降低到1-2 μm之间,达到完全变质效果,其力学性能显著高于铸态、单一细化变质剂处理的A356铝合金。未细化变质的A356铝合金中的共晶Si的生长方式为典型的小平面台阶生长,复合细化变质处理的共晶硅以孪晶凹槽机制生长为主,小平面生长特征逐渐减弱直至消失。     

冷却速率和Er-Zr含量对Al-7Si-0.3Mg合金共晶组织的变质作用

采用复合添加Er、Zr元素变质处理了Al-7Si-0.3Mg合金,通过控制冷却速率和Er、Zr元素添加量来变质合金中粗大的针片状共晶硅相。采用金相观察、扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射及能谱分析等测试分析手段研究了Er、Zr元素对Al-7Si-0.3Mg合金中共晶硅相的变质作用,并探讨了Er、Zr复合变质机理。结果表明,当添加0.15wt%Er和0.15wt%Zr时,合金中的共晶硅相得到明显细化,不同的冷却速率也能显著改变共晶硅相形貌。当冷却速率为250～300℃/s并添加0.25wt%Er和0.25wt%Zr时,合金中共晶硅相变质为细小的纤维状。     

Yb和Al-Ti-B复合变质对过共晶Al-Si铸造合金组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针,研究了不同比例的稀土Yb和Al-5Ti-B复合变质剂对过共晶Al-20Si合金显微组织与性能的影响。结果表明,Al-20Si合金中添加0.5% Yb和0.3% Al-5Ti-1B复合变质剂使得粗大的多边形状、块状和五瓣星状初生Si变质为细小块状,共晶Si由粗大的片状或针状结构变质为细小颗粒或者纤维结构,而且粗大的α-Al枝晶被细化为等轴枝晶。然而,当Al-5Ti-B变质剂含量达到0.4%时,初生Si和共晶Si出现粗化现象。力学性能测试结果表明,合金的抗拉强度和延伸率分别增加了83.7%和92.1%。     

Yb和Al-Ti-B复合变质对过共晶Al-Si铸造合金组织和性能的影响（英文）

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针研究了不同比例的稀土Yb和Al-5Ti-B复合变质剂对过共晶Al-20Si合金显微组织与性能的影响。结果表明,Al-20Si合金中添加质量分数0.5%Yb和0.3%Al-5Ti-1B复合变质剂使得粗大的多边形状、块状和五瓣星状初生Si变质为细小块状,共晶Si由粗大的片状或针状结构变质为细小颗粒或者纤维结构,而且粗大的α-Al枝晶被细化为等轴枝晶。然而,当Al-5Ti-B变质剂含量达到0.4%时,初生Si和共晶Si出现粗化现象。力学性能测试结果表明,联合添加0.5%Yb和0.3%Al-5Ti-B后,合金的抗拉强度和延伸率分别增加了83.7%和92.1%。     

Er对过共晶Al-Si合金变质工艺的优化

研究了Er对Al-20Si合金的变质工艺的优化,设计了Er含量、变质温度和变质时间3因素4水平的正交试验,确定了最佳工艺参数,并分析了单因素对Al-20Si合金微观组织和抗压强度的影响。结果表明,随着变质温度、变质时间及Er含量的增加,初晶Si尺寸由大变小,后趋于不变,共晶Si由针状转变为短棒状再变为针状,抗压强度先增大后减小。当变质温度为730℃、变质时间为25min,Er含量为0.8%时,Al-20Si合金初晶Si尺寸最小,约为50μm,共晶Si为短棒状,抗压强度达到最大值492.6 MPa。     

Bi对Al-18%Si合金微观组织与力学性能的影响

研究不同的Bi含量对过共晶Al-18%Si合金微观组织与力学性能的影响.试验表明,Al-18%Si-x%Bi(x=1,2,3,4,5)合金中,大部分Bi在基体中以小颗粒状弥散均匀分布,局部出现Bi的聚集;同时,Bi的加入对合金中的共晶硅起到一定的细化作用;随着Bi含量的增加,共晶硅组织由粗大针片状变成短杆状,当Bi含量达到3%时,共晶硅转变为均匀分布于基体的蠕点状,当Bi含量为4%或5%时,共晶硅没有进一步的细化.另外,力学性能和摩擦试验研究发现:Al-18%Si-3%Bi合金的抗拉强度由Al-18%Si合金的168 MPa提高为189 MPa,摩擦系数由0.4372降为0.3879,磨损量仅为不含Bi的20%.