受控扩散凝固制备过共晶Al-Si合金及其热力学分析

采用液-液混合受控扩散凝固技术(CDS)制备过共晶Al-20%Si合金,研究高硅合金温度对目标合金组织中初生硅的影响及混合过程中初生硅细化的热力学条件。结果表明:采用液-液混合制备过共晶铝硅合金,可以细化初生硅,初生硅平均尺寸可达到37μm;但随着高硅合金温度的升高,初生硅的平均尺寸增加,板条状和五瓣星状初生硅也增多,当高硅温度超过790℃时,初生硅细化效果丧失。分析得出,只有当混合前两种合金吉布斯自由能的加权平均值小于混合后目标合金在液相线的吉布斯自由能(liquidusfinal,m G=-39.336 6 kJ)时,初生硅才能得到明显的细化。     

混合方式及过热温度对过共晶Al-Si合金中初生Si的影响

采用受控扩散凝固技术(CDS)制备过共晶Al-18Si、Al-20Si、Al-22Si合金,研究了不同混合方式及Al-25Si合金在不同过热温度下对受控扩散凝固目标合金初生Si相的尺寸、形貌和分布的影响.结果表明,液-液混合对初生Si的改善效果较液-固混合好;随着过热温度增大,初生Si相尺寸减小,形貌逐渐变得圆整且分布均匀;相同过热温度下,随着合金Si含量的增加,初生Si相尺寸增大,形貌变化不明显.特别是在过热温度为900℃的Al-25Si合金与660℃的液态纯Al液-液混合得到Al-18Si合金中的初生Si相尺寸仅为34.3 μm,长宽比为1.48.     

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。     

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.     

过共晶Al-18%Si合金受控扩散凝固组织与行为

采用受控扩散凝固(CDS)技术制备过共晶Al-18%Si合金,研究其凝固组织随低温母合金温度变化的演变规律和凝固行为本质。结果表明:受控扩散凝固能抑制初生硅相的过度各向异性生长,有效改善合金凝固组织结构。采用适当温度的Al-25%Si合金(800℃)和纯Al(580℃)混合进行受控扩散凝固时,凝固组织中初生硅相分布均匀,无宏观偏析,且其平均尺寸达到42.85μm。当纯Al温度偏低时,凝固组织中初生硅相偏聚严重;当纯Al温度较高时,凝固组织中初生硅相尺寸偏大。分析表明:在受控扩散凝固过程中,固-液界面前沿形成了较小的"成分过冷",初生硅相在过冷区内趋于平界面生长。溶质原子扩散距离的平方与平衡温度成对数关系,温度愈高,扩散愈充分,宏观偏析愈少。     

受控扩散凝固技术(CDS)制备过共晶Al-18Si合金

采用受控扩散凝固(CDS)技术制备过共晶Al-18Si合金,研究了不同母合金成分在不同混合方式下混合对Al-18Si合金凝固组织中初生Si相尺寸、形貌及分布的影响。结果表明,在母合金过热温度相同的情况下,采用固态纯Al与液态Al-25Si混合,能够得到最佳的合金组织,其初生Si平均尺寸达到11.68μm,形状因子达到1.608,细化效果良好。分析表明,同种混合方式下,高Si母合金中Si含量越高,细化效果越好。当高Si母合金中Si含量较高时,液液混合能减少初生Si偏聚,得到良好的组织。当高Si母合金中Si含量较低时,固液混合得到的组织相对较好。     

Al-Si过共晶合金中初生硅的溶解动力学

以扩散为模型,并考虑界面反应对初生相溶解过程的影响,建立了初生相在过热９熔体中的溶解动力学模型。同时以Ａｌ－１８％Ｓｉ（质量分数）合金为对象,在１１００℃过热情况下,对该模型进行了验证。结果表明;该模型基本上能反应该条件下初生硅的溶解特性。     

Bi对共晶过共晶Al-Si合金耐磨性能的影响

共晶、过共晶Al—Si合金中加入元素Bi形成Al—Si—Bi多元合金，具有偏晶转变的结晶特点，由于Bi的不溶性及自润滑性，并以高弥散游离态分布于基体中使过共晶Al—Si合金的耐磨性大幅度提高。     

冷却速度对电磁搅拌过共晶Al-Si合金初生Si的影响

研究了在电磁搅拌制备过共晶Al-Si合金半固态浆料中,冷却速度对初生Si的影响规律.试验表明在普通铸造条件下,过共晶Al-Si合金的初生Si呈粗大板块状;连续冷却电磁搅拌可以使Al-Si合金的初生Si细化和圆整化;随着冷却速度的增大,初生Si的细化和圆整化逐渐明显,但到一定值时效果不再明显.     

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%。     

Effects of ZnS modification on primary Si in hypereutectic Al-Si alloy

A new modifying agent, ZnS, was used as a refiner to modify primary silicon in hypereutectic AlSi alloy. The factors affecting the modification results, including addition level of ZnS and holding time, were investigated. The results showed that the average size of the most effectively modified primary silicon was 28.5 μm when the ZnS mixed powder addition was 0.15 wt.% with a holding time of 10 min. More important, the average size of primary silicon could remain below 40 μm despite the holding time extending to 120 min, which means ZnS is a promising modifying agent of primarySi in industrial applications.     

过共晶Al-Si合金熔体中初生硅生长特性

利用等温液淬的方法,研究了Al-18%Si过共晶合金熔体中初生硅的生长行为及机制.结果表明:重熔过程中熔体中未溶解的硅相粒子,在凝固过程中可成为初生硅生长核心,并且未熔颗粒与初生硅形状之间存在明显对应关系; 初生硅的生长机制不是惟一的,既可以以孪晶凹角(TPRE)机制生长,还可以以层状机制生长,初生硅最终形状还要取决于溶质传输等动力学环境; 随着熔体过热温度的升高,凝固组织中初生硅形状由多边形向星形及树枝状转变.     

CDS铸造过共晶铝硅合金组织及性能研究

采用受控扩散凝固(CDS)技术制备Al-20％Si合金,研究了混合方式和高硅合金的混合温度对目标合金组织和性能的影响,探讨了合金组织与热膨胀性能之间的关系.结果表明,采用受控扩散凝固技术,纯铝液(660℃)与高硅合金液(850℃)混合所制备的目标合金初生硅相分布均匀,形貌规整,尺寸最小,合金的线膨胀系数也最小(15.7×10-6 ℃-1,30～300℃).分析表明,Al-20％Si合金热膨胀性能主要取决于合金组织中初生相的分布和形貌的规整性,与尺寸大小关系不大.     

液淬和变质工艺对过共晶铝硅合金的影响

过共晶铝硅合金中的初晶硅由于晶粒粗大并且有尖锐的棱角,严重削弱了合金的机碱性能,通常我们采用变质处理工艺来改善这一现象.液淬工艺主要用于得到非晶组织,通过液淬工艺能得到超细非晶结构.如果把液淬工艺加入到变质工艺的过程中,这对实验的结果一定能产生影响.本文中,我们分别对过共晶铝硅合金采用了变质和变质液淬的混合工艺.通过实验我们证实磷元素能够显著改变组织的尺寸,通过对磷元素的扫描分析,发现磷元素不仅分布在中心,在初晶硅的内部也分布大量的磷元素,这说明了磷元素除了在异质形核中起作用外,它还可以把初晶硅分割为很多小的初晶块,不同的小初晶块生长方向各不相同,那么在宏观上观察,经过磷元素变质的初晶硅,形状上开始变得比较圆滑.如果我们在变质过程中引入液淬工艺,变质效果能得到显著的提高,结果表明晶粒尺寸变小,晶粒形状变为椭圆,这说明冷却速度促进了磷元素对初晶硅尺寸和形状的影响.     

Effect of hot extrusion process on microstructure and mechanical properties of hypereutectic Al-Si alloys

The hypereutectic Al-Si alloy was fabricated by hot extrusion process after solidified under electromagnetic stirring,and the microstructure and mechanical properties of the alloy were studied.The results show that the ultimate tensile strength and elongation of the alloy reached 229.5 MPa and 4.6%,respectively with the extrusion ratio of 10,and 263.2 MPa and 5.4%,respectively with extrusion ratio of 20.This indicates that the mechanical properties of the alloy are obviously improved with the increase of extrusion ratio.After hot extruded,the primary Si,eutectic Si,Mg2Si,AlNi,Al7Cu4Ni and Al-Si-Mn-Fe-Cr-Mo phases are refined to different extent,and the efficiency of refinement is obvious more and more with the increase of extrusion ratio.After T6 heat treatment,the sharp corners of these phases become passivated and roundish,and the mechanical properties are improved.The ultimate tensile strength of the extruded alloy after T6 heat treatment reaches 335.3 MPa with extrusion ratio of 10 and 353.6 MPa with extrusion ratio of 20.     

Effects of P+Cr complex modification and solidification conditions on microstmcture of hypereutectic Al-Si alloys by wedge-shaped copper mould casting

Large and segregated primary Si particles may drastically decrease the mechanical properties of Al-Si alloys. To solve this problem, a P-Cr complex modif ier was added into the alloy, and the effects of P-Cr complex modification and solidification conditions on the microstructure of hypereutectic Al-Si alloys casting produced in wedge-shaped copper mould were studied. The thermal analysis technique was applied to calculate the cooling rate during solidification. The microstructures were observed by means of optical and scanning electron microscopies. Results showed that the primary Si segregates in the as-cast hypereutectic Al-Si alloys. The segregation of primary Si can be inhibited by adding a P+Cr complex modif ier and increasing the cooling rate during solidif ication. The ref inement of primary Si particles by P+Cr complex modif ication is due to the formation of CrS i2 and AlP particles which act as the heterogeneous nuclei for the primary Si phase. The segregation of Si was also inhibited through the adherence of heavier CrS i2 particles to the primary Si particles.     

铸态亚共晶Al-Si合金中初生硅的生长机制(英文)

利用光学显微镜和电子背散射衍射技术观察亚共晶Al-10%Si合金的微观结构特征。结果表明,在亚共晶合金内很容易发现初生硅颗粒。研究亚共晶Al-10%Si合金溶液中初生硅析出过程中的晶核形成和生长机制,发现硅原子容易偏析并形成Si-Si簇,即使在共晶和亚共晶合金内,这一现象也会导致初生硅的形成。另外,由化学驱动力和较大的堆积碰撞或溶质的凝固偏析等原因引起的溶质再分配在初生硅的形成过程中也起着重要的作用,其中溶质再分配方程由Jackson-Chalmers方程推导而出。一旦硅溶质浓度超过共晶成分,在固/液界面的前端就会析出初生硅。     

Rapidly solidified hypereutectic Al-Si alloys prepared by powder hot extrusion

Rapidly solidified hypereutectic Al-Si alloys were prepared by powder hot extrusion.By eliminating vacuum degassing procedure.the fabrication routine was simplified.The tensile fracture mechanisms at room temperature and elevated temperature were investigated by SEM fractography.Compared with KS282 casting material,the tensile strength of rapidly solidified Al-Si alloy is greatly improved due to silicon particles refining while its density and coefficient of thermal expansion are lower.than those of KS282.The wear resistance of RS AlSi is better than that of KS282.     

过共晶铝-硅合金处理技术的研究进展

综述了为改善过共晶铝-硅合金的性能,目前所采用的控制合金中初晶硅尺寸、形态和分布的各种处理方法及其机制,它们包括细化变质、合金熔体过热处理、半固态搅拌、快速凝固、电磁场作用、电脉冲孕育处理等方法。从合金中初晶硅尺寸、形态和分布等方面比较了各种处理方法的优缺点。