超声处理协同Er和Ce复合变质对Mg-3.2Si合金组织及性能的影响

研究了超声处理协同稀土元素Er和Ce复合变质对过共晶Mg-3.2Si合金中组织和力学性能的影响,并探讨了其作用机理。结果表明,在过共晶Mg-3.2Si合金中,添加约0.6%(质量分数,下同)的Er时,初生Mg2Si相的尺寸由150μm减小到40μm,其形态从粗大树枝状变为不规则多面体形状;继续添加1.0%的Ce,可获得5～10μm的多面体或球状初生Mg2Si相,变质效果明显。在此基础上,超声处理可以有效改变初生Mg2Si相的形状和尺寸。当超声功率为1 200W时,可获得颗粒状的初生Mg2Si相,细化效果最佳,合金试样的抗拉强度与伸长率分别达到158MPa和4.5%。对其断口分析可知,经超声处理的合金断裂形式为解理断裂和韧窝的混合断裂形式。     

熔体超声处理对Al-Si合金组织和力学性能的影响

利用超声处理器对Al-Si合金熔体进行处理,研究超声功率对Al-12Si-4Cu-3Ni-Mg合金显微组织与力学性能的影响,并分析其作用机理。结果表明:合金熔体超声处理后,铸态组织中初晶硅相由粗大多边形变成细小且均匀分散的颗粒,α-Al细小圆整,富铁相由粗大的十字状转变为细小的块状;当熔体处理温度720℃、超声功率1.5k W、处理时间2 min时,合金的350℃抗拉强度和伸长率分别为110 MPa和5%,是未经超声处理的1.33倍和1.67倍;随超声功率的增加,初晶硅尺寸逐渐减少并呈线性关系;超声处理提高了Al-Si合金熔体凝固过程中初晶相、共晶相的析出温度,细化了合金组织。     

超声场作用下Mg-4Al-1Si合金凝固组织

采用自行研制的镁合金熔体超声处理装置对Mg-4Al-1Si合金熔体进行处理,研究超声处理功率、超声处理时间和超声处理温度对其凝固组织及相形貌的影响。结果表明:超声处理可以显著细化Mg-4Al-1Si合金的凝固组织,适当提高超声功率和处理温度以及适当延长处理时间均可增强细化效果。650℃Mg-4Al-1Si合金熔体经270W超声处理50s可以取得较好的细化效果,平均晶粒尺寸为107μm,为未经超声处理合金晶粒尺寸(383μm)的28%。另外,经超声处理的Mg-4Al-1Si合金中Mg2Si相由未经超声处理时的粗大汉字状转变为细小、弥散分布的颗粒状。     

P-Sb复合变质对Al-Si合金组织的影响

研究P变质、P-Sb复合变质、Mg含量对Al-Si合金组织及力学性能影响。结果表明,P变质后,初生Si尺寸由40μm减小至20μm,共晶Si长度由20μm减小至12μm,而且分布更均匀,抗拉强度、屈服强度均提高15%。P-Sb复合变质后,初生Si尺寸减小至5μm,共晶Si变为蠕虫状,α-Al枝晶得到细化,与P变质相比,抗拉强度、屈服强度均提高8%。Mg含量增多,激化Sb变质效果,共晶Si变为球体状,初生Si消失、α-Al枝晶更细小,与P-Sb复合变质相比,抗拉强度、屈服强度均提高3%。     

熔体温度对Al-18Mg_2Si复合材料组织与性能的影响

研究了熔体温度对原位自生Al-18Mg_2Si(质量分数,%)复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:随着熔体温度的提高,Al-18Mg_2Si复合材料中,初生Mg_2Si由粗大的树枝状变成多边形状、块状,有的成为颗粒状。熔体温度为870℃时,初生Mg_2Si最细小,平均晶粒尺寸为12μm(形状因子最大);超过870℃后,晶粒尺寸略有增大(形状因子减小)。随着熔体温度的提高,共晶Mg_2Si由片层状变为颗粒状,而后又变成颗粒状和棒状的混合组织,共晶团尺寸先减小后增大。复合材料的抗拉强度、延伸率、硬度随熔体温度的提高先增大后减小,并在870℃过热时,力学性能达到最佳值。DTA分析表明,随着熔体温度的提高,合金的凝固开始温度先降低后升高,形核过冷度呈先增大后减小的变化趋势。熔体温度达到870℃时,形核过冷度最大,复合材料的硬度最大,耐磨性最好。     

Gd对Al-5Mg-2Si-Mn合金组织与力学性能的影响

研究了Gd对Al-5Mg-2Si-Mn合金铸态组织、相结构、力学性能和断口形貌的影响。研究发现,Gd对Al-5Mg-2SiMn合金中的初生α-Al及共晶Mg_2Si相具有很强的变质和细化作用,当Gd含量为0.4%时,变质和细化效果最为明显,二次枝晶间距由未变质处理的28.23μm减小到12.96μm,共晶Mg_2Si尺寸从9.38μm减少到5.07μm。且合金的力学性能显著提高,抗拉强度、伸长率和硬度(HRB)分别由未细化变质的235MPa、3.9%和33.21增加至328MPa、6.0%和43.33,合金的断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂。     

Sc对亚共晶Al-11Mg_2Si合金组织与力学性能的影响

通过XRD分析、金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察及拉伸力学性能测试等手段,研究了添加稀土元素Sc对亚共晶Al-11Mg_2Si合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:在Al-11Mg_2Si合金中添加适量的Sc对初生α-Al和共晶Mg_2Si相同时起到良好的细化和变质作用。α-Al晶体由粗大的树枝晶转变为细小的球状晶,其平均尺寸由67.72μm减小至最小14.28μm;共晶Mg_2Si由粗大的片层状转变为细小的纤维状和颗粒状,其平均尺寸由12.37μm减小至最小1.80μm。经0.25%Sc处理后,合金的抗拉强度、伸长率和硬度分别由未细化、变质的269 MPa、5.2%和35HRB提高到334 MPa、9.4%和53 HRB,分别提高了24.2%、80.8%和51.4%。含0.25%Sc合金断口中大量形成韧窝,其断裂模式从脆性转变为韧性。     

Sr变质对蛇形通道浇注Al-22Si-Cu合金组织的影响

采用纯铜蛇形通道浇注和Sr变质的复合工艺,对Al-22Si-Cu过共晶合金组织与性能进行研究。结果表明,蛇形通道工艺可将初生Si晶粒尺寸从90μm细化至28.03μm。随着Sr含量增加,初生Si的析出温度降低,合金的孪晶密度和初生Si尺寸均先增大后减小,当Sr含量为0.09%时达到最大值;共晶Si由长针状转变为纤维状;Sr含量为0.12%时,合金的抗拉强度达到212.32MPa。     

熔体混合与电磁搅拌对Al-20Si合金中初生Si相的细化效果

采用电磁搅拌和熔体混合技术制备Al-20Si合金,研究表明,单纯采用电磁搅拌技术制备Al-20Si时,会产生偏析层,其初生Si相平均尺寸在60μm以上;而采用熔体混合+电磁搅拌复合处理可使Al-20Si合金中的初生Si相尺寸降至16μm以下,并消除在单纯电磁搅拌合金边缘出现的粗大的初生Si相的偏析层。熔体混合处理处理还可以强化过共晶Al-20Si合金的电磁搅拌效果,获得良好细化效果。     

超声-合金化处理对Al-20Mg_2Si合金组织和性能的影响

研究了未处理、P和La合金化处理、超声处理和超声-合金化复合处理对Al-20Mg_2Si合金凝固组织和力学性能的影响,并研究了复合处理条件下不同的超声参数对初生Mg_2Si相大小和力学性能的影响。结果表明,经过超声-合金化复合处理后,合金的凝固组织和力学性能显著改善,其效果好于单一的合金化处理或超声处理;与未处理试样相比,初生Mg_2Si相的尺寸减小68%,抗拉强度提高62.3%,伸长率提高47%。复合处理条件下,随着超声功率的增加,初生Mg_2Si相尺寸逐渐减小,力学性能逐步提高;随着处理时间延长,初生Mg_2Si相尺寸先减小再增加,但力学性能逐渐提高;随着超声处理温度的提高,初生Mg_2Si相尺寸先减小后增加,力学性能变化规律与之对应。     

熔体过热处理对Al-6.34Mg-3.66Si合金中Mg_2Si相形貌和力学性能的影响

亚共晶Al-6.34Mg-3.66Si铝合金多用于轻量化材料的加工生产,但粗大的汉字状Mg_2Si相会严重地割裂Al基体。研究了熔体过热温度和过热时间对亚共晶Al-6.34Mg-3.66Si组织及力学性能的影响,确定了最佳熔体过热工艺。结果表明,当过热温度为850℃、保温时间为25min时,初生α-Al晶体由鱼骨状枝晶转变为细小的等轴晶,粗片状Mg_2Si相完全转变成细纤维状,且分布均匀,共晶Mg_2Si相尺寸从3.02μm下降到0.97μm,较原始合金共晶Mg_2Si尺寸减小了67.9%,抗拉强度较原始合金提高了34.4%,断裂方式由原来的脆性断裂转变为韧脆混合的断裂方式,表现出较好的塑性。     

Bi含量对Al-Mg_2Si合金的微观组织及拉伸性能的影响

针对国家能源集团煤炭企业的采煤设备部件偶合器力学性能较差的问题,利用金相、XRD和力学性能测试等方法研究了Bi含量对铸态Al-Mg_2Si合金的微观组织及拉伸性能的影响。结果表明,合金元素Bi对合金中的初生和共晶Mg_2Si均具有显著的变质效果。当Bi含量增加到0.3%时,初生Mg_2Si的形貌从粗大尖角多边形变成平角多面体形状,平均粒径从43μm下降至24μm;同时,共晶Mg_2Si相从迷宫状变为短纤维状或点状。当Bi含量超过0.5%时,共晶Mg2Si呈现出过变质现象。Bi可以提高合金的抗拉强度和伸长率;与未变质合金相比,添加0.5%Bi的合金抗拉强度和伸长率分别提高了34.9%和90.5%。     

混合稀土对过共晶Al-20Si合金显微组织与力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针及力学性能测试,研究了不同比例的混合稀土Pr和Y对过共晶Al-20Si合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:Al-20Si合金中添加稀土Pr和Y能使合金中粗大的块状及五瓣星状初生Si变质为细小的块状和部分粒化;当Pr和Y按质量比1:1的比例混合(0.5%Pr、0.5%Y,质量分数)时,细化效果最为显著,初生Si尺寸由96μm减小到41μm,减小57.3%,共晶Si由粗大的针片状变质为类蠕点状;此时,合金的抗拉强度由93 MPa提高到143 MPa,伸长率从1.12%提高到2.79%,分别提高53.8%和149%。     

低过热度浇注弱电磁搅拌对半固态Al-30Si组织的影响

对低过热度浇注弱电磁搅拌制备Al-30Si过共晶合金半固态浆料过程中浇注温度、搅拌功率、搅拌时间等工艺参数与浆料组织间的影响规律进行了研究.结果表明,低过热度浇注弱电磁搅拌技术可以制备较理想的半固态Al-30Si合金浆料.与常规铸造相比,初生Si最小晶粒尺寸由16μm减小到了7μm,最大晶粒尺寸由296μm减小到了23μm,平均晶粒尺寸由138.80μm减小到了11.49μm;初生Si的分布更加均匀,形状更加圆整;浇注温度、搅拌功率和搅拌时间主要影响初生Si形貌、分布和尺寸变化.     

Nd、Ti、B复合变质对Al-18Mg_2Si合金组织与性能的影响

针对Al-18Mg_2Si合金力学性能差的问题,采用OM、XRD、SEM等手段研究单独添加Nd与Nd-Ti-B复合变质处理对Al-18Mg_2Si合金凝固组织与力学性能的影响。结果表明,经0.25%的Nd变质处理后,初生Mg_2Si尺寸由未变质的65μm减小到26μm,包裹初生Mg2Si的α-Al相数量增加;共晶Mg2Si片间距由未变质的3~5μm降低到1μm,共晶团尺寸减小,数量增加;经0.25%的Nd+0.1%的Ti+0.02%的B变质处理后,初生Mg_2Si尺寸减小到15μm,数量增加1倍。经0.25%的Nd和0.25%的Nd+0.1%的Ti+0.02%的B变质处理后,Al-18Mg_2Si合金的抗拉强度分别提高9.6%和23.6%,伸长率分别提高33%和75%。Nd-Ti-B变质处理效果优于单一Nd变质处理。     

固溶处理对CDS制备过共晶Al-Si合金组织的影响

采用固溶处理,研究CDS制备过共晶Al-18Si合金中初生Si相与共晶Si相形貌的变化。结果表明,随着固溶温度的升高和固溶时间的延长,初生Si相平均尺寸显著减小,经570℃×6h固溶后,合金中初生Si相尺寸为20.78μm;共晶Si的变化趋势和初生Si相似,均由针状逐渐粒化为近球状,经570℃×6h固溶后,合金中共晶Si尺寸为5.44μm,且分布趋向均匀。     

超声处理对AS31镁合金组织及性能的影响

研究了超声处理对AS31镁合金凝固组织和力学性能的影响,并对其作用机理进行了探讨。结果表明,随着超声功率增加,AS31镁合金的晶粒尺寸显著细化,组织中共晶Mg2Si相形貌、尺寸和分布明显得到改善。当施加超声功率为750 W时,共晶Mg2Si相由粗大汉字状转变为短棒状,其平均尺寸由未施加超声时的160μm减少到50μm。另外其抗拉强度和伸长率分别为203 MPa和3.4%,比未超声合金分别提高了25%和100%,分析其断口发现,未经超声处理的AS31镁合金表现为解理断裂,经过超声处理的AS31镁合金表现为韧窝断裂。     

浆料制备工艺对Al-17Si-4Cu-0.5Mg合金组织性能的影响

研究了浆料制备工艺对和浇注温度对Al-17Si-4Cu-0.5Mg合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,经电磁搅拌后,合金中的Si相发生钝化,但出现了聚集现象。超声振动处理后合金中的初生Si尺寸减小,形貌由树枝状转变为近球形。Si相颗粒数量为460个/mm²,圆整度为0.64,平均晶粒尺寸为15.7μm。当浆料浇注温度从620℃降到600℃时,合金组织得到明显细化,继续降低浇注温度,晶粒长大,组织存在孔洞缺陷。浆料温度为600℃时,合金抗拉强度为194MPa,伸长率为2.60%,硬度(HB)为120.2,与580℃下浇注相比分别提高了10.23%、6.12%和16.83%。此时,合金断口处韧窝数量增多,解理平台尺寸减小。     

超声与变质处理对Al-6Si-3Cu-0.3Mg合金组织及力学性能的影响

对比研究了未处理、B和Sr变质处理、超声处理及超声-变质剂复合处理对Al-6Si-3Cu-0.3Mg合金组织及力学性能的影响,同时考察了复合处理条件下,不同的超声功率和处理时间对合金铸态和T6态组织及力学性能的影响。结果表明,变质处理、超声处理和复合处理均可以改善合金铸态与T6态合金的组织和力学性能,但复合处理效果最为显著,与未处理相比,其铸态抗拉强度和伸长率分别提高了10.3%和57%,T6态抗拉强度和伸长率分别提高了33.4%和12.9%。在0～900W范围内,随着超声功率不断升高,铸态初生α-Al相和T6态共晶Si逐渐细化;在0～90s范围内,随着超声处理时间延长,铸态初生α-Al相和T6态共晶Si先细化后粗化,转折点为30s。不同条件下,合金铸态抗拉强度变化不大,而其铸态伸长率、T6态抗拉强度与伸长率的变化规律与其组织基本对应。     

蛇形通道浇注对过共晶Al-Si合金显微组织的影响

采用石墨质蛇形通道来制备过共晶Al-Si合金半固态浆料,研究了浇注温度和Si含量对过共晶Al-Si合金初生Si尺寸和形貌的影响。结果表明,经蛇形通道浇注后,浆料的初生Si相得到细化;在高于液相线15~45℃时,浇注温度越低,得到的初生Si相越细小均匀;Si含量低的过共晶Al-Si合金初生Si细化明显,随着Si含量的增大,熔体粘度增大使得初生Si的破碎变得困难,初生Si尺寸也逐渐变大。