Al-30Cu-3P中间合金组织及其对Al-20Si合金的变质效果

采用熔体混合法制备Al-30Cu-3P中间合金,研究了熔体混合情况下制备的Al-30Cu-3P中间合金凝固组织的演变及其对Al-20Si合金的变质效果。结果表明,Al-30Cu-3P中间合金组织由初生α-Al+(α-Al+CuAl2)共晶+AlP组成。随着熔体搅拌时间延长,Al-30Cu-3P合金的组织中,初生α-Al相数量逐渐减少,AlP数量逐渐增多,尺寸逐渐增大。熔体搅拌时间为20 min时制备的Al-30Cu-3P中间合金中形成的AlP尺寸最小,将其加入到Al-20Si合金中进行变质,初生Si的尺寸由61.36μm细化到20.24μm。     

Cu-P合金变质过共晶铝硅合金时熔体搅拌工艺对变质效果的影响

针对过共晶铝硅合金经过P变质后初生硅仍然粗人大的问题,采用Cu-9%P合金变质处理Al-15%Si、Al-18%Si、Al-20%Si合金,变质处理后对熔体进行搅拌,研究了搅拌工艺对变质处理效果的影响,分析了熔体搅拌提高变质效果机理。结果表明,Cu-P合金变质过共晶铝硅合金时,对熔体进行搅拌可显著提高变质效果,初生硅最高可细化85%;在最佳搅拌时间内,搅拌强度越大、硅含量越高,变质效果越好;搅拌熔体迫使富P区域内AIP停止生长,熔体流动速度越快,对富PP区域内AlP的冲刷越强烈,越容易得到细小的AlP;搅拌熔体能够增加组织中初生α相的数量,搅拌工艺合适时,典型的共晶组织基本消失,可获得连续的α基体上均匀分布细小初生硅的凝固组织。     

熔体温度处理及变质对Al-20%Si合金凝固组织的影响

采用熔体温度处理(包括熔体混合及过热处理)工艺研究Al-20%Si(质量分数)合金凝固组织,并结合化学变质法进一步细化初生硅相。结果表明,当熔体经混合后过热至900℃时,初生硅的尺寸约为34μm;添加变质剂后再进行熔体混合可以使Al-20%Si中的初生硅相进一步细化,特别是在Al-10%Si和Al-30%Si中分别添加0.2%Al-5Ti-C-3Ce和0.4%Cu-10%P后,再进行熔体过热处理,合金中的初生硅呈小块状弥散分布,且尺寸在10μm以下,材料基体呈现出典型的复合材料特征。熔体温度处理与添加化学变质剂方法对初生硅相有显著的多重变质细化作用;在熔体混合时α(Al)的重新熔化和熔体化学键的重组,增大了合金液在凝固时的过冷度,使初生硅相得到细化;对混合熔体再进行过热处理时,混合熔体中的Si相发生熔断、增殖,从而使合金中初生硅相得到进一步细化。添加细化剂或变质剂会明显增强熔体温度处理对Al-Si合金中初生硅的细化效果。     

Al-Si-P中间合金对Al-25%Si合金变质细化机理研究

采用Al-Si-P中间合金对Al-25%Si合金熔体进行变质处理,研究了P含量和变质温度对初生硅尺寸和形态的影响规律。利用金相显微镜、扫描电子显微镜观察了硅相和AlP化合物的形态,X射线衍射仪测定了变质细化合金的衍射图谱和择优取向。利用最小二乘法计算了硅相的点阵常数。结果表明,当加热温度为880℃、保温时间为30 min时,在Al-25%Si合金熔体中加入0.07%P可以将初生硅相细化至50μm以下。其相关细化机理为,一方面Al-Si-P中间合金内生的AlP化合物在熔体中溶解后重新析出,增加了异质形核的核心,使晶粒细化。另一方面,P变质使初生硅相晶面间距和点阵常数增大,生长过程中的择优分布消失,抑制了晶粒长大,使晶粒尺寸减小。但随着P添加量增加以及变质温度的升高,熔体中的AlP化合物溶解度增大,不利于晶粒细化。     

Nd变质过共晶Al-17.5%Si合金的微观组织和断口形貌

采用单一稀土元素Nd对过共晶Al-17.5%Si合金进行变质;采用扫描电镜、金相显微镜、电子探针、透射电镜及X射线衍射等方法对变质前后合金的微观组织、成分和相组成进行分析;并对变质前后合金的断口形貌进行分析.结果表明:加入0.3%Nd(质量分数)到过共晶Al-17.5%Si合金中可同时变质初生硅和共晶硅,经过变质处理后,初生硅的形状由星形和不规则形状变为块状,尺寸由40～60 μm减小到10～30 μm,共晶硅由长针状变成球状或短棒状;初生硅区域的主要成分是硅,中心边缘几乎检测不到Nd元素,Nd沿晶界分布;与未变质合金相比,经0.3%Nd变质后的Al-17.5%Si合金硅相上孪晶密度增大,变质后的合金中没有生成新相,a(Al)相和硅相的晶格常数变大;经0.3%Nd变质后,合金的整体性能大幅度提高,抗拉强度提高了35.8%,从120 MPa提高到163 MPa,伸长率从0.8%提高到2.2%,提高了175%.     

熔体温度处理对Al-19%Si合金组织和性能的影响

研究了熔体温度处理和热处理对Al-19%Si合金组织和性能的影响.实验结果发现,熔体温度处理可大大细化Al-19%Si合金的组织,明显提高其力学性能.熔体温度处理后,Al-19%Si合金的初生硅尺寸从80～100 μm被细化到20 μm以下,合金的抗拉强度从177 MPa提高到235 MPa.热处理能明显改善熔体温度处理后Al-19%Si合金的组织,大大提高其力学性能.热处理后,Al-19%Si合金组织中的初生硅棱角明显钝化,共晶硅明显球化,化合物相数量减少、尺寸减小.熔体温度处理与热处理相结合,可使Al-19%Si合金抗拉强度达到333 MPa.     

受控扩散凝固结合复合变质对高硅铝合金组织和性能的影响

采用受控扩散凝固(CDS)技术结合复合变质剂制备了Al-30%Si(质量分数)合金,研究了CDS和复合变质的机制,及其对合金组织的演变和力学性能的影响。结果表明:由于过冷产生的大量晶核和引发的强制对流,CDS技术可以有效地细化初晶硅。通过在高温熔体中添加含P变质剂,在低温熔体中添加含Sr变质剂,解决了普通铸造中P与Sr不能同时添加的问题,使初晶硅尺寸由原来的超过250μm细化到了24.7μm,共晶硅也由针片状变质为颗粒状。合金的抗拉强度从24.6 MPa提高到了136.76 MPa、断后伸长率从几乎为零增加到了0.82%。     

CDS制备过共晶Al-Si合金工艺参数的研究

采用液-液混合受控扩散凝固技术(CDS)制备过共晶Al-20％Si(质量分数)合金,研究了混合后熔体保温处理、冷却速度对合金组织的影响.研究表明,熔体混合后未进行保温处理时,初生硅尺寸在60～100 μm,且多为五瓣星状和不规则多边形;而进行保温之后,随着保温时间的延长,初生硅的尺寸逐渐减小;保温45 min后,初生硅尺寸在30～50μm,形貌比较圆整;而随着冷却速度的增加,目标合金组织中初生硅尺寸减小,由94.6μm减小到69.65 μm,长宽比由1.78增加到4.33.     

连续冷却电磁搅拌对Al-25%Si合金初生硅形貌的影响

本文研究了Al-25%Si合金在半固态连续冷却电磁搅拌条件下合金初生硅形貌的变化.在3℃/min、6℃/min的冷却速度下,在不同搅拌时间,发现初生硅得到破碎细化,初生硅边角钝化;当搅拌至20～30min时,初生硅尺寸变化不大,分布趋于均匀,当搅拌超过30min时,初生硅又团聚长大.     

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%.     

熔体混合及等温处理制备半固态过共晶铝硅合金的研究

采用熔体混合及等温处理制备半固态过共晶铝硅合金,研究了等温处理参数对Al-20%Si合金中初生硅形态的影响。结果表明,熔体混合可显著细化初生硅组织,在610℃下保温15 min等温循环加热3次后Al-20%Si合金中初生硅球化效果显著,形状因子最高。     

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。     

CDS及导流器对Al-20%Si合金初生硅相的影响

采用受控扩散凝固(CDS)技术和冷却导流器(CC)制备Al-20%Si(质量分数)合金,研究导流器角度及浇注温度对CDS制备Al-20%Si合金初生硅相的影响。结果表明:CDS和导流器均能细化初生硅相,且与常规的CDS过程相比,引入导流器可以更好地细化初生硅相,且随着导流器角度的减小,细化效果变好。采用820℃的Al-30%Si与660℃的纯铝混合,导流器角度为30°,浇注温度为630℃时,可以得到平均尺寸仅为18.8μm的初生硅相,且其分布均匀。分析认为:CDS可以减小初生硅相生长前沿的成分过冷,而导流器可以进一步促进液体的强迫对流,使熔体中温度场和浓度场更均匀,从而改善初生硅的尺寸、形貌及其分布。     

富铈混合稀土对Al-80%Si合金凝固行为和组织的影响

采用高速摄影仪和扫描电子显微镜研究富铈混合稀土(RE)加入量对Al-80%Si(质量分数)合金悬浮试样凝固行为和凝固组织的影响规律。结果表明:Al-80%Si合金中初生硅的生长特性、晶粒尺寸和分布受过冷度影响明显;随着RE加入量的增加,Al-80%Si合金中初生硅由小平面生长向中间生长方式转变所需的临界过冷度ΔT1以及由中间生长向非小平面生长方式转变所需的临界过冷度ΔT2均越来越低;当RE加入量达到1.5%(质量分数)时,ΔT1和ΔT2分别降至最低值78和180 K;继续增加RE的加入量,ΔT1和ΔT2不发生变化。在同一临界过冷度ΔT2下,随RE加入量的增加,初生硅的尺寸从40μm减小到20μm。     

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%。     

Al-4P变质对Al-20Si合金组织和切削性能的影响

采用正交试验法,研究了Al-4P变质对Al-20Si合金显微组织和切削性能的影响,优化了改善Al-20Si合金切削性能的工艺参数。研究表明,Al-4P添加量对初生Si的影响最为显著、变质时间的影响次之、变质温度的影响最小,优化出的改善切削加工性能的工艺参数:Al-4P添加量为1%、变质温度为760℃、变质时间为1 h。经最优工艺处理后,初生Si变得细小、分散且圆钝化,平均尺寸由变质前的120μm减小到30μm左右,刀具耐用度提高,切削加工性能得到改善。     

电磁搅拌Al—24%Si合金的显微组织

在常规凝固条件下,Al-24%Si过共晶合金中的初生Si为粗大的板片状,经过激烈的电磁搅拌,初生Si得到明显细化,分布均匀,绝大部分初生Si呈球团状或块状;搅拌功率越大,初生Si越细小和圆整,P变质可以强化电磁搅拌效果,在电磁搅拌条件下,Al-24%Si过共晶合金中的初生Si得以细化和球团化的主要原因是：电磁搅拌引起合金熔体对初生Si的机械破碎,摩擦作用,抑制初生Si择优生长作用,促进初生Si熟化和变质细化作用。     

Zr元素对过共晶Al-6.2Fe合金组织与高温力学性能的影响

研究了Zr元素对过共晶Al-6.2Fe合金组织和高温力学性能的影响。结果表明,Zr元素对过共晶Al-6.2Fe合金中的初生Al3Fe相具有良好的变质作用。随着Zr元素添加量的增加,初生Al3Fe相的平均颗粒尺寸由176μm逐渐减小到28μm,其形貌也由粗大的针片状逐渐转变为细小的短棒状和颗粒状。随着Zr元素添加量的增加,合金的高温力学性能逐渐提高。当添加0.4%的Zr元素时,合金300℃的高温抗拉强度和伸长率分别为147 MPa和1.85%,较未变质合金性能明显提高。     

LaCe混合稀土对过共晶A390合金微观组织和力学性能的影响

采用LaCe混合稀土对过共晶A390合金进行变质处理,并对变质前后合金的微观组织和力学性能进行测试。研究结果表明0.5%的LaCe混合稀土能够有效细化合金组织,经过变质处理后初生硅尺寸由40～60μm减小到10～30μm。X射线衍射分析结果表明变质后的合金有新相生成。变质后合金的抗拉强度从168 MPa提高到232 MPa,伸长率从0.25%提高到1.32%。     

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。