过共晶铝硅合金细化变质的进展

根据Al-Si二元系相图分析了过共晶铝硅合金的主要性质。叙述了过共晶铝硅合金的细化变质方法。     

过共晶Al—Si合金的双重变质

过共晶Al—Si合金的变质,目前工业上多为单变质,其变质剂是赤磷、磷盐或磷铜,而对双变质的研究多系试验阶段。本试验采用(NaPO_3)n为主的初晶硅细化剂和Na盐共晶变质剂并用,对Al—24％Si合金进行试验。 一.过共晶Al—Si合金的双重变 质剂及变质方法     

稀土元素对过共晶铝硅合金的变质机理

过共晶铝硅合金具有很多优良的特性,是一种极有发展前途的结构材料,但合金中粗大的初晶硅和细长的共晶硅组织会影响其力学性能,研究表明添加稀土元素可以有效的细化初晶硅和共晶硅。本文总结了目前几种主要的变质理论,并对其以后的研究和发展方向进行了展望。     

稀土元素对Al-Si共晶合金的变质作用

用稀士熔盐电解法及熔盐直接反应法对Al-Si液态共晶合金分别定量添加了La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Ho,Er和Y共十一个单一稀土以及一个混合稀土的变质剂。通过显微结构分析系统地研究了在70—80℃/min冷却速度下合金的变质效果。发现Eu,(Yb)具有最强的变质能力,La次之,并发现其均为“长效”变质剂.Ce,Pr,Nb及混合稀土的变质能力稍低于La。稀土元素的变质能力随原子半径的减小而迅速降低.Sm以下已减弱至微不足道的程度。Eu和(Yb)的变质能力主要是与其原子半径的突跃增大有关。Er,Y不具变质能力。根据Eu和Ac原子半径的接近以及Y-La-Ac的同族规律,推测Ac将具有还要大的变质效果。据此总结了强变质剂Na,Sr,Ac在元素周期表中的斜线位置,认为变质剂元素的变质能力主要取决于其价电荷数,原子半径和原子序数的一定组合。     

Al-P-RE-Sr复合变质过共晶铝硅合金

研究了Al-P-RE-Sr复合变质工艺对Al-30%Si合金中初生硅和共晶硅的细化效果.复合变质处理后,可同时细化初生硅和共晶硅,使初晶硅长时间成弥散状态,不发生聚集,平均尺寸不超过35μm,同时共晶硅也被细化成纤维状或点状,变质长效性可达7h以上;材料的力学性能也得到了提高,抗拉强度达到234.3MPa,伸长率达到3.0%.     

压铸条件下过共晶铝硅合金P变质的必要性

在铝合金压铸生产过程中,Al-P中间合金变质处理和压力铸造工艺都能够使过共晶铝硅合金中的初晶硅晶粒细化.探讨Al-P中间合金变质处理,分别在压铸工艺条件下和普通金属型条件下,对过共晶Al-15Si合金组织的不同影响.试验表明,压铸条件下未经Al-P变质的和经Al-P变质的Al-15Si合金与金属型条件下未经Al-P变质的Al-15Si相比,初晶Si尺寸分别减小50%和75%左右;在相同的压铸工艺条件下,Al-P变质后Al-15Si合金初晶Si尺寸,比未经过Al-P变质的Al-15Si合金初晶Si尺寸减小40%左右.论证了在Al-Si系过共晶铝合金压铸件生产过程中,Al-P中间合金进行变质处理的必要性.     

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。     

稀土Er对共晶铝铁合金的变质作用

采用热分析方法研究了稀土Er对共晶铝铁合金的变质作用。通过OM、XRD、SEM、EDS以及合金在凝固过程中的特征参数综合分析了稀土Er对共晶铝铁合金的作用机理。结果表明:冷却速率为33℃/s时,共晶铝铁合金的凝固过程为:先发生L→α-Al初转变,然后发生L→Al+Al3Fe和L→Al+Al6Fe共晶转变,添加了稀土Er后,在凝固末期发生L→Al+Al3Er转变而生成铝稀土共晶相。初生的Al3Er可以作为初晶α-Al的非均质形核质点,增加了初晶α-Al的形核率,提高了铝铁合金中初晶α-Al开始形核温度,缩短了共晶转变时间。当Er添加量为0.3wt%时,初晶α-Al平均晶粒尺寸达到了最小值21.7μm。当Er添加量为0.5wt%时,初晶α-Al晶粒尺寸增大,且出现了离异共晶组织。     

Sr-PM复合变质过共晶铝硅合金

研究了PM和Al-10Sr复合变质过共晶铝硅合金A390.考察了复合变质剂的加入顺序、加入量以及变质的长效性.试验发现:PM和Sr复合变质剂的加入顺序对过共晶铝硅合金A390变质效果影响很大,先加入PM变质剂,后加入Sr变质剂,变质后初晶硅呈现开花状形貌,共晶硅为细小的圆点状;先加入Sr变质剂,后加入PM变质剂,初晶硅变质效果明显优于单独PM变质效果.加入PM质量分数为1%时,Al-10Sr变质剂的最佳加入量为合金质量的0.4%,变质后初晶硅平均尺寸可达到35 μm,而且PM与Sr复合变质具有很好的长效性.     

压铸条件下过共晶铝硅合金P变质的必要性

在铝合金铸件生产过程中,Al-P中间合金变质处理和压力铸造工艺都能够使过共晶铝硅合金中的初晶硅晶粒细化.探讨Al-P中间合金变质处理,分别在压铸工艺条件下和普通金属型条件下,对过共晶Al-15Si合金组织的不同影响.试验表明:与金属型条件下未经过Al-P变质的Al-15Si合金组织相比:压铸工艺条件下未经过Al-P变质的合金,初晶Si尺寸减小50%左右;同一压铸工艺条件下经过Al-P变质后的合金,初晶Si尺寸减小75%以上.在相同的压铸工艺条件下,Al-P变质后Al-15Si合金初晶Si尺寸,比未经过Al-P变质的Al-15Si合金初晶Si尺寸减小40%左右.论证了在Al-Si系过共晶铝合金压铸件生产过程中,Al-P中间合金进行变质处理的必要性.     

过共晶铝硅合金细化变质剂的研究

研究了一种过共晶铝硅合金的复合细化变质剂,具有同时细化初晶硅和变质共晶硅的良好效果,变质处理的过共晶铝硅合金中的块状初晶硅最大尺寸和杆状共晶硅长度尺寸均小于１００μｍ,其力学性能超过了目前国内外相同成分的过共晶铝硅合金。     

Al-Si共晶合金变质机理的探讨——添加元素对Al-Ge和Al-Si-Ge共晶合金显微结构的影响

用金相方法考察了微量添加元素对Al-Ge和Al-Si-Ge共晶合金显微结构的影响。ⅡB,ⅢA,ⅣA和ⅤA族元素对Al-Ge共晶结构并无影响;ⅣB,ⅤB和ⅥB族难熔金属影响较大,共晶Ge聚集为大块的结晶;碱金属,碱土金属和一些VⅢ族金属的加入,使Al-Ge共晶点向富Al方向移动。Al-Ge共晶不出现类似Al-Si共晶的那种变质现象.Al-Si-Ge系变质时,Si以变质的共晶团存在。根据Al-Ge和Al-Si结晶过程的对比,认为Al-Si共晶的变质,主要取决于变质剂原子对(100)_(Al)∥(110)_(Si)外延关系的影响。     

过共晶铝硅合金的磷锶复合变质

利用金相显微镜、扫描电镜和X-射线,研究了P、Sr、P+Sr变质对Al-25％Si的影响,考察了变质剂的加入顺序、加入量,结果表明:P对初晶硅有很好的变质效果,对共晶硅没有变质作用;Sr对共晶硅变质效果好,对初晶硅变质效果不明显;P+Sr复合变质时,先加Sr后加P,Sr加入量为0.8％,P加入量为1.0％时,合金组织中...     

Mg对共晶Al-Si合金磷变质效果的影响

研究结果表明,经过磷变质处理的共晶Al-Si合金中加入1.2%的Mg后,磷变质效果变差,甚至出现类似钠变质处理的特征.分析认为:Mg能与合金熔体中P形成比AlP更稳定的化合物,抑制了磷变质作用的发挥;在加入Mg再进行变质处理的情况下,变质效果良好.     

过共晶铝—硅合金变质的试验研究

试验研究了Al-23%Si、Al-25%Si、Al-28%Si合金的磷,稀土变质,磷与稀土联合变质和磷铜与钠联合变质的变质效果。结果表明:磷只能细化初晶硅;稀土只能细化共晶硅;磷与稀土联合变质时,具有叠加效果,既细化了初晶硅,又细化了共晶硅;磷铜与钠联合变质只能变质共晶硅。抗拉强度主要受初晶硅粒度及形状的影响,延伸率主要受共晶组织形态的影响。     

Ca对共晶Al-Si合金磷变质效果的影响

利用金相和电子探针微量分析仪(EPMA)等手段研究了共晶Al-Si(ZL109)合金熔体中Ca对Al-Si合金变质效果的影响.结果表明:合金中的Ca能使P变质失效,甚至出现类似Na变质处理的效果.分析表明:Ca能与合金熔体中的P形成比AIP更稳定的CaxPy化合物,从而抑制了P变质作用的发挥;C2Cl6精炼可使CaxPy化合物分解,重新形成AlP,从而使P变质效果得以恢复.     

亚共晶Al-Si合金变质及凝固特性的研究

本文所研制的热分析装置用于快速测定铝硅合金的组织细化和变质效果,能在三分钟内完成测试过程.本热分析装置的特色是(1)采用了高精度,多功能的测试仪器,它不仅可以测出温度与时间的关系曲线,还能测试相应的微分曲线,其温度绝对误差△T≤±0.3℃;(2)对热分析样杯作了一系列试验.确定了适合铝硅合金的热分析样杯结构及材料,从而提高了测量结果的准确性和重复性.本文系统研究了Ti,Na,Sb,Sr,Re对亚共晶铝硅合金的变质及其对热分析曲线上特征值的影响,获得了能评估其变质程度的热分析判据.用Na,Sr,Re变质时,从未变质到变质良好,共晶生长温度TEG,共晶形核过冷度△TE;呈减小的趋势,共晶过冷度△T则呈增加趋势.用Sb变质时,从未变质到良好变质,△TE和△T呈增加趋势,7EG呈减小趋势,随着Ti量的增加,α初晶形核最低温度升高,初晶形核过冷度减小.以牛顿传热方程和热力学理论为基础,结合铝硅合金热分析曲线,可推导出液态合金凝固过程中固相分数,固相生长速度,固相生长加速度的方程,为铝硅合金热分析的研究提供了理论基础.利用金属形核与生长过程中固相生长加速度值,可从理论上解释采用TEG,△T,△TE,t3等作为评估细化及变质结果的热分析判据的原因.     

过共晶铝硅合金变质剂的研究：Na—P复合变质剂

根0生产实际的需要,本文研究了具有同时细化初生硅和变质共晶硅效果的称为WJZ619的Na-P复合变质剂及其变质工艺。分析讨论了这种变质剂具有双重变质效果的机制。研究表明:Na-溶剂(67NaF—33NaCl)与p-溶剂(由(NaPO_3)_6,Al_2O_3,V_2O_5,B_2O_3,MgO和BaO组成的玻璃体)之比为1∶1时,变质效果良好。只有当Na、P之比低于或超过这一数值时,Na、P的作用才会互相抵消。     

冷却速度和变质剂添加浓度对Al-Si共晶合金变质作用的影响

借助显微结构法系统地研究了Li,Na,K,Mg,Ca,Sr,Ba,La,Sm,Y,Sb和Bi等12个微量元素对Al-Si共晶合金的变质作用。考祭了各变质剂在不同冷却速度下的变质浓度范围以及在添加变质剂浓度相同时,不同冷却速度对Al-Si共晶合金显微结构的影响,发现各种变质元素对Al-Si合金变质时均具有一变质临界冷却速度v_c。冷却速度低于此值时,任何浓度的变质剂均不能引起合金的变质。变质剂的v_c值愈低,变质能力愈强。其中以Na、K、Sr和La变质能力最强,其v_c值均低于40℃/min。据此认为v_c可作为评价变质剂变质能力的定量标准。     

Al-P中间合金对共晶和过共晶Al-Si合金的变质机制

探讨了Al—P中间合金对共晶及过共晶Al—Si合金的变质特点,P在Si相中的存在形式、分布规律及变质机制．实验表明,Al—P中间合金可有效地细化过共晶Al—Si合金中的初晶Si,使该合金的σb．20℃和δ20℃分别提高19．0％和125％．对共晶型Al—Si合金而言,Al—P中间合金可促使析出细小的初晶Si,获得过共晶型组织,并将针片状的共晶Si变为短杆状,从而使该材料的σb,20℃和σb,300℃分别提高11．1％和18．9％．Al—P中间合金加入到过共晶Al—Si合金中,P主要以AlP形式存在于初晶Si内部;加入到共晶Al—Si合金中的P分别以AlP和原子态P存在于Si相内．P对过共晶Al—Si合金变质是以AlP异质形核机理为主;而P对共晶Al—Si合金的变质是以AlP异质形核和原子态P影响Si相形态两种机制共同作用的结果．