鑄造鋁硅合金變質(zhì)處理組織性能及機(jī)理的研究.pdf

1、鋁及其合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕耐磨、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，且可重復(fù)利用以及自然界蘊(yùn)藏量較為豐富等特點(diǎn)，因而在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域受到人們的廣泛關(guān)注。但是在常規(guī)的熔煉和澆鑄條件下，所得鋁合金鑄件的晶粒尺寸比較粗大，力學(xué)性能較低，進(jìn)而限制了鋁合金在工業(yè)上更廣泛的應(yīng)用。因此，為了改善和提高鑄造Al-Si合金的力學(xué)性能，在熔體澆鑄之前，對(duì)熔體進(jìn)行變質(zhì)處理是十分必要的。 本文首先應(yīng)用光學(xué)顯微鏡以及力學(xué)性能測(cè)試設(shè)備等手段，研究了稀土以及P-Cu中間

2、合金這兩種變質(zhì)劑的變質(zhì)工藝。其中主要有以下幾個(gè)方面：稀土元素La、Ce、P-Cu以及RE-P復(fù)合變質(zhì)工藝對(duì)鋁硅合金鑄件組織性能的影響。然后應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)，SEM、能譜分析以及定量分析等手段，從微觀角度對(duì)稀土和P元素變質(zhì)機(jī)理進(jìn)行了初步分析和探討。通過試驗(yàn)得到以下結(jié)論： 稀土金屬La對(duì)亞共晶A356鋁合金組織中的共晶組織有明顯的變質(zhì)效果，其中稀土La的加入量為0.5～1.0wt％，保溫30min～1hour，熔體溫度采用700～

3、850℃，可以取得較好的變質(zhì)效果；稀土元素La具有較長(zhǎng)的變質(zhì)失效時(shí)間，保溫8小時(shí)以上，仍具有明顯的變質(zhì)效果。 稀土金屬Ce對(duì)過共晶Al-Si合金的變質(zhì)處理過程中，不但對(duì)初生硅明顯的變質(zhì)效果，而且對(duì)共晶硅有比較明顯的變質(zhì)作用；經(jīng)過變質(zhì)處理的過共晶Al-18Si合金的力學(xué)性能也有明顯的改善和提高。稀土Ce加入量為0.5wt％～1.0wt％，保溫1～2hour，熔體溫度控制在800～850℃，模具溫度采用200℃左右即可取得對(duì)過共晶A

4、l-Si合金的最佳變質(zhì)效果。 P-Cu中間合金對(duì)過共晶Al-Si合金的變質(zhì)處理過程中，磷元素只對(duì)初生硅有明顯的變質(zhì)作用，但是對(duì)共晶組織卻沒有作用。P的加入含量在0.05～0.1wt％左右；變質(zhì)溫度應(yīng)該在800～850℃左右；保溫時(shí)間在30min～2hour可以適當(dāng)?shù)奶岣哌^共晶Al-Si合金的延伸率及抗拉強(qiáng)度，得到較為理想的變質(zhì)效果。 RE-P復(fù)合變質(zhì)劑不僅對(duì)過共晶Al-Si合金中的初生硅相有明顯的變質(zhì)作用，而且可以對(duì)共晶

5、組織起到明顯的變質(zhì)作用，顯著提高過共晶Al-Si合金的力學(xué)性能。通過正交試驗(yàn)分析得出，最佳復(fù)合變質(zhì)工藝為0.5wt％Ce的加入量；0.05wt％P的加入量；熔體溫度800℃；保溫2h；模具溫度100℃。 稀土元素的變質(zhì)機(jī)理比較復(fù)雜，其變質(zhì)作用主要是通過孿晶生長(zhǎng)以及吸附作用實(shí)現(xiàn)的。稀土原子比較容易吸附在硅相孿晶溝槽中。稀土元素的富集，抑制了硅相在原來生長(zhǎng)方向上迅速生長(zhǎng)的趨勢(shì)，阻礙了硅原子在這個(gè)方向上的遷移，進(jìn)而使硅的形態(tài)發(fā)生變化；