铝硅合金中气体和夹杂的热分析研究

本文针对热分析法测试液态铝硅合金中气体的析出和非金属夹杂物作了研究。本文采用自行研制的热分析数据采集系统采集温度。该系统利用PC微机和HV1962数字万用表完成数据的采集任务；数据的处理则利用计算机完成。该采集系统工作可靠、精度高，保证了热分析工作的顺利进行。理论分析认为，气体的析出降低了结晶潜热的释放速度，使初晶阶段的冷却速度相对增大。夹杂的存在则使铝液的整体比热增大，亦造成合金冷却速度下降。实验结果与理论分析非常吻合。实验发现，合金液中的气体含量增加时，铝硅合金的初晶参数及共晶参数没有明显的变化。而在冷却速度曲线上初晶刚开始生长处，出现了突升和尖峰，并作用于整个初晶生长阶段。这为寻取热分析法评估铝硅合金中的气体含量奠定了坚实的理论和实验基础。试验结果指出，当改变工艺条件以改变铝液中的夹杂含量时，初晶参数发生有规律的变化。当增加夹杂含量时，初晶形核过冷度降低；共晶参数的变化不是很明显。对ZL104和A1－9．1％Si中间合金的研究都说明了这一点。研究认为以合金液刚开始形核时的冷却速度β′作为评价铝液被夹杂污染的程度是可行的，β′与夹杂有一定的对应关系。当增加夹杂的含量时，β′值降低；而进行精炼及除气处理后，β′又迅速增大。可     

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.     

ZL104合金锶变质处理质量预测研究

采用微机辅助微分热分析法,记录分析了Al-10%Sr变质剂处理铝硅合金的冷却曲线及其微分曲线,并确定了变质效果与冷却曲线特征值之间的关系.结果表明:根据未变质合金与变质合金共晶温度之差,一次微分曲线共晶阶段结束峰值.共晶生长时间可快速、准确地预测铝硅合金的变质效果.     

过共晶Al－23％Si合金中硅相生长的研究

从过共晶Ａｌ－２３％Ｓｉ合金的液态结构出发，研究硅晶体的成核和变质机理。借助于扫描电镜、电子探针和Ｘ衍射，从结晶学角度，分析硅相生长形貌及机理。     

超声半固态流变挤压成形Al-20Si-2Cu-0.4Mg-1Ni合金的组织特征(英文)

通过超声振动半固态流变挤压铸造工艺制造汽车空调压缩机铝硅合金斜盘零件,研究合金的组织特征。发现在Al20Si2Cu0.4Mg1Ni合金的组织中,除了通常具有的初晶Si和α(Al)+β-Si共晶相之外,还有非平衡α(Al)颗粒或枝晶。挤压铸造过程中的较快的冷却速度而非压力是非平衡α(Al)相形成的主要原因。在半固态浆料的制备过程中,超声振动的声压作用能促进非平衡α(Al)相在共晶温度以上生成,并生长为非枝晶颗粒。超声处理的过共晶AlSi合金中的非平衡α(Al)相由共晶温度以上生成的圆形α(Al)晶粒和少量共晶温度以下生成的细小α(Al)枝晶构成。由于超声振动的作用使α(Al)基体中的Si的固溶度增加,并使初晶Si的形成温度降低,组织中初晶Si颗粒的体积分数显著降低。流变挤压斜盘中的初晶Si颗粒的平均直径和体积率分别为24.3μm和11.1%。     

过共晶Al—23%Si合金中硅相生长的研究

从过共晶Ａｌ－２３％Ｓｉ合金的液态结构出发，研究硅晶体珠成核和变质机理。借助于扫描电镜，电子探针和Ｘ衍射，从结晶学角度，分析硅相生长形貌及机理。     

过共晶铝硅合金中铝硅共晶相取向关系

许多文献得出了亚共晶铝硅合金共晶相存在一定的晶体学取向关系,但是过共晶合金中铝硅相的取向关系并没有文献明确给出。本实验在借鉴亚共晶铝硅合金的共晶相取向关系:(220)Al∥(111)Si〔111〕Al∥〔011〕Si,研究了过共晶铝硅合金的共晶相取向关系。通过标定过共晶铝硅合金两相区衍射斑点指数,确定了过共晶相的取向关系。结果表明过共晶铝硅合金共晶相具有与亚共晶铝硅合金共晶相相同的晶体学取向关系。     

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。     

热处理及Mn元素对汽车发动机用过共晶铝硅合金组织的影响

针对传统铸造法加工过共晶铝硅合金组织粗大,合金性能恶化的问题,研究了热处理和元素Mn对过共晶铝硅合金中粗大富铁相的细化作用。研究表明:过共晶铝硅合金Al-16Si-2Fe经T6热处理工艺后,共晶硅形貌从短针状变为粒状,粗大针状富铁相β-Al_5Fe Si形貌未发生变化,热处理无法达到细化富铁相的目的。元素Mn对共晶铝硅合金Al-16Si-2Fe中富铁相形貌改善明显,可使粗大富铁相β-Al_5Fe Si转化为细小颗粒状和枝晶状的Al_(15)(Fe Mn)_3Si_2相。当Mn含量为2wt%时,Al-16Si-2Fe合金中富铁相细化效果最佳。     

不同Sr加入量对Al-7Si合金变质效果的热分析研究

研究了不同Sr加入量对Al-7Si合金的变质效果。运用热分析法和金相组织观察分析了铝硅合金冷却曲线的特征值(共晶生长温度T_(EG)、未变质合金与变质合金共晶温度之差ΔT_(EG)、共晶生长时间t_(EG))和合金变质效果的关系。结果表明:ΔT_(EG)大于5℃,t_(EG)120 s时,Al-7Si合金的变质效果良好。本文中最佳的Al-10Sr变质剂加入量为0.06wt%。     

ZL102铝硅合金的三维显微组织形态研究

采用连续切片-三维重建技术研究ZL102铝硅合金的三维显微组织形态,结果发现ZL102中初晶Si呈多角块状,呈现棱面相生长特征。二维组织中共晶Si一般多为不规则针状,分散分布在合金基体中,但三维组织中共晶Si多呈层片状,多与初生Si连接在一起的,说明共晶Si凝固生长中并不一定需要重新形核。研究中获得的ZL102铝硅合金的三维显微组织不仅能真实反映合金凝固组织,而且有利于合金中Si相凝固机制的判断。     

Al-3B对亚共晶Al-Si合金的晶粒细化作用

从热分析角度研究Al-3B对Al-7Si的晶粒细化作用,B对Al-7Si晶粒细化的最佳加入量为0.03%。考察了Al-3B对不同Si含量亚共晶铝硅合金的晶粒细化作用,B对高硅含量亚共晶铝硅合金的晶粒细化效果更好。分析了B对亚共晶铝硅合金的细化机理,认为Al-B共晶理论可以有效解释试验现象。     

ZAS23过共晶铝硅活塞合金铸造工艺实践

阐述了硅元素在铝硅合金中的作用以及过共晶铝硅合金用于活塞生产的优点。采用正交试验的方法。探讨了ZAS23过共晶铝硅合金熔炼和热处理的工艺及参数。     

电脉冲对Al-12.5%Si合金的孕育变质效应

研究了Al-12.5％Si合金液存在较大过热度的情况下，电脉冲处理对其凝固组织中初晶相和共晶相的影响。研究发现，经电脉冲处理后的共晶Al-Si合金凝固组织中出现了过共晶组织中才应出现的初晶硅，α-Al枝晶长度变短；差示扫描量热法（DSC）曲线发生变化，电脉冲处理后有明显的初晶硅析出拐点，并且过冷度减小。理论分析表明，电脉冲处理促进了铝硅合金液中Si相的形核与长大，对Al-Si熔体的液态结构产生了影响，从而使其凝固过程和凝固组织发生变化。     

高强度高耐磨性铝硅合金的实验研究

制备了一种新型的高强度耐磨铝硅合金。采用自制的含有P、RE、Bi等多种元素的SX-1号双相变质剂对该合金进行变质处理。变质处理后,初晶Si和共晶Si平均尺寸在20μm以下;变质处理3 h后初晶硅平均尺寸一般在30μm左右,第四次重熔后初晶硅平均尺寸一般在40μm左右。经变质处理和T6热处理后,抗拉强度为249 MPa,伸长率为4.27%,硬度为108 HB,其耐磨性高于ZL109合金。试验结果表明,这种合金具有比共晶、亚共晶型铝硅合金更好的室温力学性能,又具有过共晶型铝硅合金耐磨、耐蚀、高温性能好等优点,具有广阔的应用前景。     

共晶Al—Si合金结晶过程的热力学分析

对共晶Al-Si合金的结晶过程进行了热力学分析。分析结果表明,共晶结晶时硅之所以成为先析出相,铝硅合金之所以存在伪共晶,都有其热力学原因。最后得出结论:为了提高质量,对Al-Si合金进行精炼以除去气体和夹杂物,是完全必要的。     

钪在Al-Si活塞合金中的应用研究

对钪在Al-Si活塞合金中的应用进行了研究,通过添加微量的钪,合金中的共晶Si分布更弥散,基体α-Al变细,初晶Si尺寸有所减小,合金室温拉伸强度得到提高。此外,分析发现一部分钪存在于合金中的AlNiCu热强相中,增强了该化合相的热强化作用,从而明显提高了合金的高温强度。     

铝硅二元合金的共生生长机制

观察分析了铝硅二元共晶合金的显微结构。发现在不同凝固条件下凝固的共晶硅形貌虽然有极显著的差别，但它们的基本结构是相同的－－铝硅二元合金共生生长成共晶团；共晶团的核心部分基本上相同，共晶团的尺寸与冷却速度和变质处理有关。稀土元素主要富集在共晶团的周界处，促使晶体缺陷增多，导致分枝急剧增加，从而使共晶硅由各向异性生长特性转变为各向同自发性生长特性。     

现代热分析技术在ZL104合金铸件质量控制方面的应用

ＺＬ１０４合金熔炼时，采用由微机控制的现代热分析仪，快速、准确地测定合金的冷却曲线及其特征参数。根据Ｔｒ（共晶生长温度）或△Ｔ＿Ｅ（不变质合金和变质合金共晶生长温度之差）、ｔｅ（共晶生长期）可预测铸件中的共晶硅的变质程度，用以进行铸件生产中的质量控制。试验表明，当面Ｔ＿Ｅ＞１０°Ｃ和ｔｅ＞１１０ｓ时，可获得完全的硅变质。     

粉煤灰泡沫陶瓷铝基复合材料凝固组织的研究

以粉煤灰泡沫陶瓷为增强体,基体材料为Al-Si共晶铝硅合金和Al-23Si过共晶铝硅合金,采用压铸工艺制备了泡沫陶瓷铝基复合材料.通过光学金相分析,研究了不同浇注温度下,复合材料的界面结合以及泡沫陶瓷骨架对材料凝固组织的影响.结果表明:随着浇注温度的升高,铝合金的充型能力提高,但晶粒尺寸也会增加;共晶铝硅合金与过共晶铝硅合金均能制备出界面结合良好的复合材料:泡沫陶瓷骨架对两种基体合金凝固时均有形核基底的作用.