Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对Al-8Si合金同时细化和变质效果

采用氟盐法和对掺法成功制备了Al-5Ti-1B-4Sr中间合金,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了Al-5Ti-1B-4Sr中间合金的组织及相组成。通过改变Al-5Ti-1B-4Sr中间合金细化变质保温时间,采用微观组织分析和宏观组织分析方法,研究了Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对Al-8Si亚共晶铝硅同时细化和变质的效果。研究结果表明,Al-5Ti-1B-4Sr中间合金中含有Al_3Ti相、TiB_2相和Al_4Sr相,Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对亚共晶铝硅合金有良好的同时细化变质效果。Al-5Ti-1B-4Sr中间合金可使共晶硅从针状或板片状形貌转变为纤维状或块状。与未变质试样相比,细化变质时间为10 min时,Al-8Si合金中针状或板片状共晶硅显著减少;变质时间超过20 min时,看不到针状或板片状共晶硅存在;当变质时间达到80 min时,部分针状或板片状共晶硅再次出现。随着Al-5Ti-1B-4Sr细化变质保温时间的变化,α-Al的二次枝晶臂间距和共晶团尺寸先减小后增大,细化变质保温时间为30 min时效果最好。Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对亚共晶铝硅合金细化变质的孕育期为10~20 min,衰退期为60 min。     

共晶Al-18Si-2Cu合金组织及性能的研究

通过研究不同体系的变质剂和热处理工艺对过共晶铝硅合金中初生硅和共晶硅的作用,探讨复合变质以及T6热处理对过共晶Al-18Si-2Cu合金组织及性能的影响;并研究了不同变质温度下,过共晶铝硅合金组织及性能的变化规律,研究最适合Al-P和Ni基非晶复合变质剂的变质温度。实验分析发现,Al-P对初生硅有明显的细化变质作用,使过共晶Al-18Si-2Cu合金中的初生硅的平均尺寸由未变质时的130μm降低到20μm;非晶能增加共晶硅的形核数量,使针状和板片状的共晶硅得到细化,其中,Ni非晶的变质效果比Fe非晶好;T6热处理能使初生硅圆钝化,且使针状和板片状的共晶硅粒化,从而使Al-18Si-2Cu合金的抗拉强度和延伸率都有一定提高;通过控制变量法,经对比分析,最适合Ni非晶的变质温度为820℃。     

Sc、Zr复合改性对A356铝合金组织和性能的影响

在A356合金成分基础上添加Zr和Sc,获得Al-7Si-0.3Mg-0.2Zr-xSc铸造合金。使用光学显微镜、场发射扫描电镜、XRD物相分析、维氏硬度测试、拉伸试验等方法,研究了不同Sc浓度下合金组织和力学性能的变化。结果表明,随着Sc含量的增加,生成的Al_3(Sc,Zr)化合物起到晶粒细化作用,共晶区的硅相形貌由松散粗大的针片状改善为细密短棒状结构,α-Al基体晶枝晶尺寸减小,二次枝晶臂间距减小至18.5μm。然而,过量Sc影响了合金的整体综合力学性能,当Sc浓度增加至0.3%时,合金性能下降。以0.2wt.%Zr、0.2wt.%Sc加入量合金的力学性能最佳,其硬度69.4HV、抗拉强度229MPa、伸长率10.5%。     

强塑性变形对亚共晶Al-Mg_2Si合金组织及力学性能的影响

Al-Mg-Si合金中,Mg_2Si作为增强相往往以粗大的汉字状或骨骼状形态分布在晶界处,割裂了基体致使合金的强度和韧性都较差,所以为了提高合金材料的强度和韧性,需要改变Mg_2Si在基体中的大小、形貌、分布,使其尽量细小弥散分布在基体中,使合金的综合性能有更好的提高。本文针对一种高Mg_2Si含量的亚共晶Al-10.86Mg_2Si伪二元合金,在铸态合金中添加0.8%Sb元素以细化Mg_2Si共晶相,改善Mg_2Si增强相的分布,采用等通道转角挤压(ECAP)技术来细化Mg_2Si增强相和Al基体,制备出强度更高、韧性更佳、性能更好的Al-Mg-Si合金。     

P、Sr、RE变质对过共晶Al-Si合金组织形态的影响

采用P、Sr、混合RE对含Si量22%～26%的过共晶铝硅合金进行变质处理,利用金相显微镜分析了单一元素变质及复合变质对合金初晶硅和共晶硅组织形态的影响。结果表明,P为初晶硅变质元素,Sr为共晶硅变质元素,RE能同时细化初晶硅和共晶硅;试验发现Sr虽然不能细化初晶硅,但对初晶硅有明显的裂解作用;P和RE复合变质使得初晶硅尺寸减小到25μm,而加入Sr后,由于Sr对初晶硅的裂解作用,使得初晶硅的尺寸减小到15μm,共晶硅大部分呈蠕球杆状或团球状,均匀弥散分布;试验得到了一种初晶硅和共晶硅细化效果均良好的复合变质剂。     

重力砂型铸造条件下锑对亚共晶Al-Si合金晶粒和共晶Si的影响

利用凝固过程温度-时间曲线、偏光显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射技术、透射电子显微镜和能谱仪研究了重力砂型铸造条件下锑(Sb)对亚共晶Al-Si合金晶粒和共晶Si的影响。结果表明，Al-7Si合金添加Sb后，初生α-Al晶粒和共晶Si的形核温度均降低，初生α-Al晶粒形核更困难，平均粒径由319μm增至353μm。Sb变质共晶Si的机理是使共晶Si形核温度降低，Si在α-Al中的固溶度减小，化学势增大，Si原子从α-Al中排出的速度增大，共晶Si生长速度加快，最终共晶Si变短变窄。Sb并非通过作用在共晶Si的形核核心和孪晶上发挥变质作用。     

Cu含量对汽车车身板用Al-1.0Mg-1.0Si-0.6Mn合金显微组织的影响

采用金相、SEM/EDS、XRD等研究了Cu含量对汽车车身用Al-1.0Mg-1.0Si-0.6Mn(in wt.%)铝合金结晶相及合金板材晶粒的影响规律.结果表明:Al-1.0Mg-1.0Si-(0.1~0.7)Cu-0.6Mn合金中主要存在部分可溶的浅灰色不规则条块状Al8(FeMn)2Si和黑色条块状或骨骼状结晶相Mg2Si,及完全可溶的球状或椭球状主要含Al1.9CuMg4.1Si3.3多相共晶产物;随着Cu含量增加,铸态合金中主要含Al1.9CuMg4.1Si3.3的共晶产物数量逐渐增多,而Mg2Si和Al8(FeMn)2Si结晶相变化不明显;同时,固溶后合金板材的再结晶晶粒变得越来越细,尽管Cu含量对合金冷轧板的晶粒尺寸影响不明显.     

高强超声场对Al-Si活塞合金凝固特性及显微组织的影响

通过对Al-11.5Si-4Cu-2.6Ni-1Mg-0.45Fe的活塞合金熔体进行超声均匀化处理(处理温度720℃,超声功率分别为0,900,1500,2400,3000 W),研究了施加到熔体的超声功率对合金凝固特性及显微组织的影响,提出了一种合金凝固冷却曲线特征值提取的数据处理方法,即运用Matlab软件对冷却曲线的一阶微分进行算术平均值过滤,二阶微分进行离散傅里叶变换过滤,采用微分热分析法快速提取冷却曲线特征值;对实验结果和冷却曲线分析发现,随着施加到熔体的超声功率的增加,初生Si析出温度、共晶反应温度升高,凝固进程加快;初生Si尺寸逐渐减小,形状越趋于圆整,体积分数降低,共晶硅长度逐渐缩短且发生钝化,α-Al相树枝晶二次枝晶间距增大,在超声功率1500 W时有明显的等轴化趋势。但功率提高到3000 W时,初生Si有明显的粗化趋势。超声能量的施加,影响了凝固过程,达到了细化初生Si和共晶Si,改善α-Al相形貌的目的。     

新型Al-10Sr-RE中间合金对Al-20Si合金组织及性能的影响

研究了新型Al-10Sr-RE中间合金对Al-20Si合金组织及性能的影响。实验结果表明,新型Al-10Sr-RE中间合金主要由α(Al)基体、Al_4Sr相和Al_(11)RE_3相组成;未经变质处理的Al-20Si合金,初晶硅的尺寸粗大,同时含有大量尖端和棱角,平均晶粒尺寸为79.56μm,尺寸范围为48.54μm~98.26μm;添加新型Al-10Sr-RE进行变质处理后,初晶硅的尺寸显著变小,分布趋于均匀,其中在添加Al-10Sr-4RE中间合金变质剂后初晶硅的晶粒尺寸达到最小,平均晶粒尺寸为32.83μm,尺寸范围为16.85μm~38.67μm;新型Al-10Sr-RE中间合金的加入提高了Al-20Si合金的抗拉强度和伸长率,其中在添加Al-10Sr-4RE中间合金变质剂后,合金的抗拉强度和伸长率达到最佳值,分别为132.4 Mpa和12.3%。     

快速凝固喷射沉积制备Al-40Si组织分析

针对应用广泛的低密度、低膨胀、高热导、高比强的高硅铝合金,采用快速凝固喷射沉积技术制备了Al-40Si高硅铝合金锭坯,通过光学显微镜及扫描电镜对其组织进行了分析.结果表明：合金组织特征为初生Si相均匀弥散分布于α-Al基体中,未出现共晶Si组织;随着合金中Si含量的增加,初生硅相的数量增加,平均尺寸增大;本试验所制备的Al-40Si合金中初晶硅粒子大小为5～30μm,并随合金锭坯部位的不同,初生Si大小不同,中心部位最小,底部次之,边部最大.     

Mg,Si对热浸镀Zn-22.3Al合金凝固组织及耐蚀性的影响

通过添加少量Si元素配制了Zn-22.3Al-xSi(x=0,0.7,1.1,1.4,1.8,3.8)熔池及添加少量的Mg元素配制了Zn-22.3Al-1.1Si-yMg(y=0,0.2,0.4,0.6)熔池。在热浸镀后加工相应的合金试样,对合金试样进行盐雾实验和电化学实验,应用扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)、X射线衍射(XRD)分析等方法,研究了硅、镁对热浸镀Zn-22.3Al合金凝固组织及耐蚀性能的影响。实验发现,Zn-22.3Al-xSi合金凝固组织由η-Zn相、α-Al相、锌铝共析组织及铝硅共晶组织组成。硅的加入,明显改善了组织分布的均匀性。但是当硅含量超过1.1%时,凝固组织中开始析出块状硅,并随硅含量增加而增多。镁、硅的协同作用使得热浸镀Zn-22.3Al-1.1Si-yMg合金凝固组织中开始出现Zn/Al/Mg_2Zn_(11)三元共晶组织,随着镁含量的增加,锌铝共析组织不断增多,α-Al相、η-Zn相数量减少,尺寸增大;与此同时,Zn/Al/Mg_2Zn_(11)三元共晶组织数量也不断增多。当合金中镁含量达到0.6%时,凝固组织中出现了少量的Zn/Al/MgZn_2三元共晶,且铝硅共晶的尺寸稍有增大。随着镁含量的增加,腐蚀速率逐渐降低,即合金的耐蚀性能逐渐提高。     

Ce对熔盐电解制备Al-Si-Sc-Ce合金组织及力学性能的影响

采用熔盐电解法制备Al-Si-(Sc,Ce)合金,研究Ce对该合金组织及力学性能的影响。发现Ce具有显著改性细化作用,使树枝状初生α-Al成为圆形或椭圆形,共晶AlSi2Sc2相由长形层片状变为网状（长度由1 000 μm减至200~500 μm）。共晶Si相形貌由针片状转变为纤维状,降低了颗粒平均面积、圆度比和平均长度,并经共晶反应生成三元CeAl2Si2相。Al-7Si-0.79Sc-0.62Ce合金显微硬度比Al-7Si-0.82Sc增大,共晶Si、含Sc和含Ce区域硬度值分别提升8.5%、49.7%和99%,其强化机制与Ce细化作用有关。     

含Mn合金相对T4态Al-0.35Mg-1.62Si-0.2Cu铝合金板材性能的影响

通过改变Mn含量以调控Al-0.35Mg-1.62Si-0.2Cu合金板材中含Mn合金相粒子尺寸及数量,基此,进一步研究含Mn合金相粒子尺寸和数量对T4态合金板材再结晶晶粒、强度、塑性、应变强化指数（n）值、塑性应变比（r）值及杯突值（IE）的影响,揭示了含Mn合金相粒子组态对T4态合金板材冲压成形性的作用机制,并优化出汽车车身用Al-0.35Mg-1.62Si-0.2Cu合金板材中的最佳Mn含量及相应的最佳含Mn合金相粒子的体积分数。结果表明,Mn在T4态Al-0.35Mg-1.62Si-0.2Cu合金板材中主要以3～4μm的α-Al(FeMnCr)Si过剩结晶相粒子和200～500 nm的α-Al(FeMnCr)Si弥散相粒子形式存在。当Mn含量由<0.001%增加至1.23%,两种尺度合金相粒子尺寸无明显变化,但其体积分数分别从0.08%和0.05%增加至3.70%和5.23%,合金板材的再结晶晶粒从36.13μm逐渐细化至15.42μm。合金板材的强度先降低后增大,0.2%～15%塑性变形范围内的应变强化指数（n15）值和塑性变形量为15%时的塑性应变比（r15）值先增大...     

Al-4Zr合金中初生Al_3Zr相生长机制的研究

以Al-4Zr中间合金为原料,通过熔炼得到不同冷却速率的合金试样。利用X射线衍射(XRD)和能谱分析(EDS)确定了初生Al_3Zr相的微观结构,通过扫描电镜(SEM)观察了初生Al_3Zr相的数量、尺寸和二维形貌,使用强碱腐蚀并通过SEM观察到了初生Al_3Zr相的三维形貌,进而研究分析了冷却速率对Al-4Zr合金中的初生Al_3Zr相的影响以及不同冷却速率下初生Al_3Zr相的生长机制。结果表明:随着冷却速率的加快,初生Al_3Zr相的二维形貌由粗大的板条状向细针状转变,数量增加,尺寸减小。由于Al_3Zr相的{001}面为光滑界面,生长速率缓慢,冷却速率低时呈粗大板条状的Al_3Zr粒子三维形貌为厚板状,生长机制为二维晶核生长;冷却速率快时呈细针状的Al_3Zr粒子的三维形貌为薄片流星镖状,生长机制为小平面枝晶生长。     

高温固溶处理对Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金组织结构及力学性能的影响

通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和力学试验,研究了510℃下固溶处理20h所得Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金的组织结构及力学性能。结果表明,铸态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金主要由树枝状α-Mg基体以及分布于枝晶间的(Mg,Zn)_3Gd共晶相组成;固溶处理后,合金相组成未发生变化,而(Mg,Zn)_3Gd相形貌由连续网状转变为不连续岛状,体积分数由19%下降为9%;固溶态合金中未观察到长周期堆垛有序结构的形成。拉伸条件下,固溶态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金屈服强度比铸态略有下降,但抗拉强度和延伸率均有较大提高,其屈服强度、抗拉强度和延伸率依次为176 MPa、277 MPa和12.8%,表现出优良的综合力学性能;压缩条件下,铸态和固溶态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金的力学性能差异较小,且均优于拉伸条件下的力学性能。     

搅拌时间对铝硅合金初生相形貌和尺寸的影响

在半固态区间对铝硅合金进行等温搅拌,主要研究搅拌时间对初生Al和初生Si形貌和尺寸的影响。结果表明:在搅拌作用下,铝硅合金中初生相通过物理、冶金作用而发生形貌、尺寸的改变。随着搅拌时间的延长,初生Al由粗大的枝晶状演变为细小的近球状、蔷薇状,初生Si由粗大的多角状、板块状尖角颗粒演变为细小的较圆整等轴颗粒。初生Al的细化、圆整是以熔断、扭折为主,初生Si的细化、圆整是以折断、破碎、熟化为主。     

原位自生Mg_2Si/A1-Si复合材料的稀土与锶盐变质研究

研究了稀土与锶盐复合变质及热处理对原位自生Mg2Si/Al-Si复合材料微观组织的影响。结果表明:随冷却速度的加大,SrCl2与RE复合变质剂对Mg2Si/Al-Si凝固组织中初生α-A1与共晶Si相的变质作用均加强,初生α-A1晶粒生成量增多同时形貌发生趋向球状的转变,共晶Si相形貌则发生板片状向短棒状的转变;在冷却速度较低的砂型铸造条件下,Mg2Si/Al-Si材料凝固组织中,三元共晶Si相受变质剂作用不明显,依然呈板片状生长,此时其可作为三元共晶Mg2Si相的异质形核基底,共晶Mg2Si便依附其上生长;热处理可使Mg2Si/Al-Si铸态组织中共晶硅相转变成细小的颗粒状,断网状的共晶Mg2Si转变成细小的棒状甚至颗粒状,优化了材料组织。     

普通凝固Mg68Zn28Y4合金准晶相的研究

采用普通凝固技术在Mg68Zn28Y4合金中制备出二十面体稳定准晶相.通过普通光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察了合金凝固组织和准晶相的形貌;扫描电镜附带能谱(EDS)确定了准晶相成分;透射电子显微分析技术(TEM)确定了准晶相结构.结果表明,Mg68Zn28Y4三元合金在室温冷却过程中,准晶相优先从液相形核、长大;凝固组织为Mg7Zn3 α-Mg Mg60Zn30Y10 (包晶组织);Mg60Zn30Y10准晶相微观形貌呈花瓣状、五边形和六边形;准晶晶粒尺寸小于10μm.     

Mg-Zn-Gd合金的微观组织和力学性能

利用等离子体发射光谱仪(ICP)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等分析手段研究了Mg-x Zn-y Gd(x=1~3,y=1~3)合金铸造态、挤压态的化学成分和微观组织演变,并测试其室温拉伸力学性能。研究结果表明:随着Gd含量的增加,铸态组织显著细化,枝状晶间距减小,其组分相Mg-Zn-Gd三元相面积分数逐渐增多,Mg Zn2相逐渐减少直至消失,第二相从晶界处呈连续网状分布转变成晶界断续和晶内均匀分布。挤压态组织得到细化,挤压过程发生了明显的动态再结晶,平均晶粒尺寸从Mg-3Zn合金的30μm降到Mg-2Zn-1Gd合金的10μm。第二相沿挤压方向趋于带状分布,部分弥散分布于晶内,成棒状或块状的Mg Zn Gd三元相,尺寸约为1~3μm。挤压态Mg-x Zn-y Gd合金的抗拉强度σ_b从Mg-3Zn的260 MPa提高到300 MPa,延伸率δ从13%提高到25%,屈服强度变化不大,σ_b和δ提高幅度分别为15.4%,92%。挤压态的显微硬度由Mg-3Zn的HV 52.1提高到Mg-3Zn-2Gd的HV 70.4,挤压态Mg-x Zn-y Gd合金室温拉伸断口呈现典型的韧性断裂特征,应力在第二相粒子处集中。     

Mn元素对过流冷却过共晶Al-22Si-2Fe-xMn合金显微组织及耐磨性的影响

采用常规铸造和分段式倾斜板过流冷却铸造工艺制备Al-22Si-2Fe-xMn合金，研究表明:过流冷却制备工艺能够改善初生Si形貌及尺寸，但对针状富Fe相作用有限.利用扫描电镜、X射线衍射及透射电镜等手段分析过流冷却条件下Mn元素添加对富Fe相晶体结构的影响，通过摩擦磨损实验研究不同Mn/Fe质量比的过共晶Al-Si合金的硬度及耐磨损性能.结果表明:随着过流冷却铸造过共晶Al-Si合金中Mn/Fe质量比增加，合金中四方结构的长针状富Fe相逐渐减少直至基本消失，当Mn/Fe质量比为0.7时，富Fe相主要为六方结构的块状或鱼骨状α-Al₁₅（Fe，Mn）₃Si₂相，此时，合金耐磨性较未添加Mn元素时有所提升，磨损机制以磨料磨损方式为主.