铸造铝硅合金细化变质处理的研究进展

综述了当前铝硅合金细化变质剂及其细化变质机理的研究进展。采用磷、硫、稀土、锶、钠、碳等进行双重细化变质处理过共晶铝硅合金已取得了良好的效果。亚共晶铝硅合金的变质元素除钠以外 ,还有锶、碲、钡、锑、钾、稀土、硼、硫等。其中 ,应用较多的是含钠和锶的变质剂。近年来 ,国内外两种较公认的变质机理是孪晶凹谷机制(TPRE)和界面台阶机制。     

钠,锶变质铝硅合金机理的研究

通过对工业用铝硅类合金中硅相在变质前后形态的金相和扫描电镜观察,结合近年来国内学者的有关研究结果,对钠和锶的变质行为进行了分析,认力共晶硅的变质主要是由于孪晶分枝生长和共晶α相封锁硅枝晶的侧面生长所致。     

锶变质铝硅合金的组织,性能及其变质工艺

讨论了锶变质铝硅合金显微组织、性能及其变质工艺特点。高锶含量的铝锶变质剂不易保存、不易吸收，工业生产中应采用低锶量铝锶变质剂。最佳锶含量范围取决于合金的硅量及冷却速度，此范围可使铝硅合金具有最佳的塑性和强度指标。含量过多，出现过变质现象，此时，硅相和铝相粗大，合金的塑性和韧性大幅度下降。锶在铝硅熔体中容易氧化，氧化速度与合金成分和熔化工艺有关。锶含量降至临界值以下，失去变质能力。在实际生产条件下，锶变质能力可以延续１～１．５小时。除气良好的锶变质铝硅熔体，在保温过程中不断吸气，４０～６０分钟后，氢气明显增多，导致铸件针孔增加     

直接电解A356合金的熔体变质处理

研究了直接电解低钛A356合金锶变质处理及其衰退行为对合金组织及性能的影响.结果表明,熔体细化处理与变质处理存在交互作用,锶含量增加,合金晶粒细化,二次枝晶臂间距减小,并且变质效果越来越好.合金未变质或未完全变质时,共晶硅以不连续短棒状为主;锶含量增加至0.01%时,硅相形态发生突变,硅相完全变质,形态转变为细小珊瑚、蠕虫状结构.最佳锶含量范围为0.02%～0.03%,T5热处理后,硅相球化效果越好,可得到高的强韧性能指标.锶变质衰退研究表明,延长保温时间,合金晶粒明显长大,保温150 min后共晶硅形态从完全变质时的珊瑚状又逐渐演变为棒状结构.表明A356合金的细化效果和Si颗粒的变质效果均出现了不同程度的衰退,这与保温过程中TiAl3质点的溶解与沉淀以及Sr的严重烧损有关.     

共晶硅的变质

文章综述了共晶硅的变质机理及常用变质元素的特性.最为人们接受的硅的变质机理是Lu和Hellawell提出的杂质诱发孪晶假说.Na变质能力强,但存在变质衰退快及过变质等问题.Sr具有较好的变质能力,同时变质有效期长,没有明显的过变质问题,其变质孕育期的长短主要与合金中的磷的含量有关.Sb变质具有长效性,重熔后仍然具有变质的能力,但变质效果较差,其变质机理与Na和Sr不同.     

过共晶铝硅合金中初晶硅的变质机理探讨

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,严重的削弱了合金的机械性能,通常我们采用变质处理工艺来改善这一现象。目前很多研究表明硅元素变质的机理主要是孪晶凹谷机制。但是研究的对象都集中于亚共晶铝硅合金中的共晶硅。而对于含硅量高的过共晶铝硅合金．目前的研究内容是过共晶铝硅合金中的共晶硅或磷元素变质中的初晶硅的变质机理。对于钠盐变质的过共晶组织中初晶硅的变质机理未见报道．而恰恰初晶硅对过共晶组织性能的影响最深刻。因此实验研究对象锁定为钠盐变质的初晶硅变质机理。并且使用透射电子显微镜．通过标定透射衍射斑点研究硅相的变质机理。结果证明：变质元素的富集和择优吸附对共晶硅和初晶硅都是有效的,但实际上变质元素对两种硅相的变质效果是不同的。     

增强体对铝硅合金基复合材料中共晶硅形貌影响

利用挤压铸造制备了氧化铝/ 铝硅合金复合材料, 在扫描电镜上观察了复合材料中的共晶硅形貌, 探讨了共晶硅变质机理。复合材料中的氧化铝纤维在铝硅共晶体的共生生长过程中, 可触发孪晶, 导致纤维附近的共晶硅呈变质形态。     

固溶处理对过共晶铝硅合金的影响

Al-Si过共晶合金是一种重要的铸造合金,本文对铝硅合金采用不同的变质剂,然后对比固溶处理前后的变化,指出变质剂是影响硅相形态最重要的因素,固溶处理需要在良好的变质效果下进行;对比钠盐和锑元素变质的试样,指出锑变质的试样固溶处理效果更加明显;在钠盐变质处理的试样中,对固溶处理前后进行了透射电镜的观察,指出固溶处理对于组织中的孪晶、层错和位错没有明显的影响,这与硅相的变质机理是一致的。     

纤维增强铝硅合金中共晶硅变质机制的研究

利用挤压铸造制造了氧化铝纤维增强铝硅合金复合材料，在扫描电镜上观察了复合材料中的共晶硅形貌，研究了共晶硅变质机制，复合材料中的氧化纤维在铝硅共晶体的共生生长过程中，可触发孪晶，导致纤维附近的共晶硅呈变质形态。     

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%.     

INFLUENCE OF Sr AND Sb ON SOLIDIFICATION OF Al-Si ALLOYS

本文用差热分析法研究了Al-Si共晶合金、亚共晶合金的动态凝固过程。结果表明,Sr和Sb均提高Al-Si合金的共晶析出温度和降低Al-Si共晶的结晶体速度。同时,通过Al-Si共晶合金液与Si晶面之间润湿角的测量和界面张力的计算发现,Sr与Sb原子均无Si晶面上的热力学吸附倾向,但会在Si晶面上富集,故Al-Si合金的变质阈值与合金的冷速有关。     

细化变质对亚共晶Al-Si合金熔体结构的影响

在分析二元亚共晶Al-Si合金熔体结构,以及Al、Si、Ti、Sr等主要组元物性特点的基础上,利用电子理论论述了细化和变质对亚共晶Al-Si合金熔体结构的影响。细化和变质过程可归结为活性元素Ti、Sr分别与熔剂Al原子和溶质Si原子之间的电子交换,从不同角度提高了熔体结构的均匀性,不仅改善合金熔体结构,而且相互抑制衰退。     

Al-20％Si中间合金对Al-Si合金共晶Si变质行为的影响

研究了Al-20％Si中间合金对铸造Al-Si合金显微组织的影响.结果表明:向Al-Si合金熔体中加入1％的Al-20％Si中间合金,Al-7％Si合金中的共晶Si由粗大的板片状变为细密的纤维状或点状,变质效果较好,而对共晶Al- 12％Si合金的变质效果较弱;浇注温度对合金显微组织影响较大,适当降低浇注温度,有利于铸件组织的细化;变质温度越低越有利于颗粒状Si相成为形核核心,抑制枝晶组织的形成长大;在变质温度为650℃时,Al-20％Si中间合金对Al-7％Si合金变质有效时间是3h左右.     

Modification mechanism of hypereutectic Al-Si alloy with P-Na addition

1　INTRODUCTIONAsastructuralmaterialhavingmanymeritssuchashighfrictionresistance ,highheatresistanceandlowexpansioncoefficient[13] ,hypereutecticAl Sial loyhasbeenattractingattentionofmanyresearchers .However ,forthehypereutecticAl Sialloysproducedwithtraditionalcasting process ,thereareusuallymanycoarseSiparticlesinthematrix ,whichleadtolowtensilestrength ,poorturning propertiesandroughsurfaceaftermechanicalworking[4 ] .Thepre viousresearches[5,6 ] indicatedthat ,forparticulatere inforc…     

Assessment of modification level of hypoeu- tectic Al-Si alloys by pattern recognition of cooling curves

1 Introduction Due to their excellent castability and good mechanical properties, Al-Si alloys are the most important and most widely used casting aluminum alloys. A further increase in mechanical properties can be achieved by means of a modification treatment with Na or Sr. Without this treatment, the eutectic silicon crystallises into an acicular or lamellar morphology with poor properties; when a modifying element is added, it becomes a very fine and fibrous silicon network resulting in a…     

Modification mechanism of cerium on the Al-18Si alloy

The effect of the rare earth cerium （Ce） on the hypereutectic Al-Si alloy under different casting states have been studied by optical microscope and quantitative image analysis. It is found that the size and the quantity of primary silicon in castings decrease with the increase of added Ce in the melt. Meanwhile primary silicon changes from branched shape to fine facetted shape. Although the modification on eutectic silicon in castings also improves with the increase of added Ce in the melt, the effect of modification on eutectic silicon away from primary silicon is more obvious than that on eutectic silicon close to primary silicon. The modification mechanism was analyzed in detail by means of scanning electron microscope equipped with energy dispersive analysis of X-ray and thermodynamics analysis, which included the analysis on the change in standard Gibbs energy of reaction and reaction equilibrium.     

Sr,B添加对Al-15.5%Si合金中共晶团尺寸的影响

考察了Sr,B及Sr＋B联合作用对Al-15．5％Si（质量分数）合金中共晶团尺寸大小的影响．实验结果表明,随合金中Sr量增加,共晶团尺寸呈减少的趋势,冷却速度对共晶团的影响也很显著;在Sr变质的合金中加入B,共晶团尺寸先显著下降,随B量增加降低幅度趋于平缓;在未变质的Al-15.5％Si合金中单独加B,共晶硅由粗大的片状变为细长的层片状,层片间距明显降低．分析认为,合金中加入Sr,导致共晶过冷度增大,因而共晶团形核驱动力增大促使共晶团细化;合金中加入B,增加了共晶团有效形核基底的数量促使共晶团显著细化．     

P-Cu和RE变质处理对过共晶Al-25%Si合金组织的影响

采用机械搅拌装置,利用半固态金属加工技术能破碎细化初生相的优点,对过共晶Al-Si合金进行半固态加工及变质细化复合处理,并对其金相组织进行了分析.结果表明,过共晶Al-25%Si合金中,共晶硅可直接依附于初晶硅生长;P、RE的双重变质才能细化共晶硅,同时改变其形貌.     

Novel image analysis to determine the si modification for hypoeutectic and hypereutectic Al-Si alloys

The aim of this research is to develop a novel analytical approach to determine the level of modification of silicon in Al-Si hypoeutectic and hypereutectic alloys. Two standards to determine the level of modification of silicon particles were investigated: the AFS Si Modification Standard and the Primary Si Grade.^1,2 The first method can only be used for Al-Si hypoeutectic alloys and the second one for Al-Si hypereutectic alloys. In both methods, the determination of the level of modification of silicon is carried out by comparing micrographs of the test sample with the respective standards by simple observation. This results in a method with a bias error and does not take advantage of the analytical accuracy made possible by modern image analysis techniques. This paper presents a method known as image-analysis-based silicon modification level, which provides highly reliable results to determine the level of silicon modification for Al-Si hypoeutectic and hypereutectic alloys. He is formerly a member of the Light Metals Casting Technology Group (LMCTG) at the University of Windsor. For more information, contact J.H. Sokolowski, Mechanical, Automotive and Materials Engineering, University of Windsor, Room 209, Essex Hall, 401 Sunset Avenue, Windsor, Canada, N9B 3P4; jerry@uwindsor.ca.