凝固速率对铸造铝硅合金组织及力学性能的影响规律

通过使用砂型模、Y形钢模和楔形铜模三种浇注模具,研究凝固速率对铝硅合金的凝固组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着凝固速率增加,合金二次枝晶臂间距、共晶硅尺寸和缺陷尺寸均降低,晶粒形貌逐渐转变为树枝晶或细小蔷薇晶粒。在Y形钢模中合金的凝固速率为2~5℃/s,相应的凝固组织较为细密且缺陷较少,同时有利于形成少量Al3M初生相。通过建立合金二次枝晶臂间距分别与凝固冷却速率和屈服强度之间的变化关系式,阐述了凝固速率对合金组织及力学性能的影响规律。

Sc和Zr联合添加对ZL114A合金组织和力学性能的影响

利用偏光显微镜、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)和维氏硬度仪研究了Sc和Zr联合添加对ZL114A合金组织和力学性能的影响。结果表明,对于利用Al-Ti-B细化晶粒的ZL114A合金,联合添加Sc和Zr后,初生α-Al晶粒的形核温度由619.2℃升至621.6℃,且其核心数量增多,形核更容易,晶粒进一步细化,晶粒尺寸由319.2μm减至287.8μm,减小了9.8%。联合添加Sc和Zr对ZL114A合金共晶Si几乎无影响,ZL114A+Sc+Zr合金力学性能变化主要归因于初生α-Al晶粒尺寸变化。联合添加Sc和Zr后,由于晶粒细化,ZL114A合金的硬度提高。

重力砂型铸造条件下锑对亚共晶Al-Si合金晶粒和共晶Si的影响

利用凝固过程温度-时间曲线、偏光显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射技术、透射电子显微镜和能谱仪研究了重力砂型铸造条件下锑(Sb)对亚共晶Al-Si合金晶粒和共晶Si的影响。结果表明,Al-7Si合金添加Sb后,初生α-Al晶粒和共晶Si的形核温度均降低,初生α-Al晶粒形核更困难,平均粒径由319μm增至353μm。Sb变质共晶Si的机理是使共晶Si形核温度降低,Si在α-Al中的固溶度减小,化学势增大,Si原子从α-Al中排出的速度增大,共晶Si生长速度加快,最终共晶Si变短变窄。Sb并非通过作用在共晶Si的形核核心和孪晶上发挥变质作用。

冷铁和冒口对ZL702A合金组织和力学性能的影响

利用金相显微镜和室温拉伸试验研究了冷铁和冒口对ZL702A合金组织和力学性能的影响。结果表明:优选呋喃树脂砂的目数为50/100,配方为树脂含量1.0%,固化剂0.4%。在一定范围内,冷铁越厚,组织越致密,综合力学性能越高。在实际的大型复杂结构铸件的生产过程中,应依据所需的性能、组织和冷速布置冷铁,在保证铸件顺序凝固的前提下尽可能增大冷铁厚度。根部尺寸大的冒口样品的二次枝晶臂间距小,综合力学性能高。冒口位置在铸锭中间时,合金的二次枝晶臂间距较小,合金的综合力学性能较高。

金属型铸造中Sb对重力浇铸ZL114A合金组织的影响

利用偏光显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了金属型铸造条件下Sb对重力浇铸ZL114A合金组织的影响。结果表明,金属型铸造条件下,在ZL114A合金中添加Sb后,其初生α-Al晶粒的尺寸和形貌没有变化,共晶相(包括共晶α-Al和共晶Si)的体积分数减少,共晶Si被变质,铸态合金中的共晶Si变短但没有出现明显的分枝,热处理之后共晶Si更短、球化程度更高,其变质机理为共晶Si的形核核心增加。

不同Cd含量对Al-Cu合金组织与性能的影响

通过室温拉伸、SEM、EDS和TEM分别对试样进行性能测试及微观表征,研究了不同Cd含量对Al-Cu合金微观组织和力学性能的影响.研究表明:在175℃人工时效过程中,不同Cd含量的合金具有相似的时效响应规律,Cd元素能促进合金强化相θ′的析出,与含质量分数为0.10%Cd的合金相比,含质量分数为0.19%Cd与0.36%Cd的合金达到峰时效的时间缩短且峰值硬度值提升.在峰时效状态下,当Cd元素质量分数从0.10%增加到0.19%时,合金屈服强度从384.2 MPa提升到422.8 MPa,延伸率从8.5%降到7.1%;Cd元素质量分数为0.36%时强度几乎不再变化,延伸率则继续下降至5.86%.TEM结果显示含质量分数为0.19%Cd的合金中析出相数量多且尺寸小,对合金析出强化效果更明显;当Cd质量分数为0.36%时,合金中析出相长度稍微变短,数量增多不明显.与此同时,含质量分数分别为0.19%和0.36%Cd的合金断口表面存在富Cd晶间残留相,这对Al-Cu合金性能的提升是有害的.

Y元素对ZL114A合金微观气孔的影响

ZL114A合金是由北京航空材料院自主研发的铸造亚共晶Al-Si合金,合金铸锭的孔隙率、微观气孔的分布位置及形貌对合金的力学性能有很大的影响.利用密度测量仪,SEM结合EDX,研究了砂型铸造条件下,Y元素对ZL114A合金铸锭的孔隙率、微观气孔的分布及形貌的影响.结果表明,由于Y元素的原子序数较大,ZL114A合金的理论密度和实际密度都有少量增加;同时合金的孔隙率下降,铸锭微观气孔的分布位置由分布于整个合金基体中变为多分布于共晶区域;微观气孔的形貌由颗粒状、网络状共同存在变为以网络状存在为主;虽然Y元素对合金铸锭的孔隙率、微观气孔的分布位置以及形貌都有影响,但不是通过直接与合金熔体中的气体作用来发挥作用的.

亚共晶Al-Si合金共晶硅变质的研究方法进展

通过梳理相关变质共晶硅的文献,对研究共晶硅变质机理的方法进行了总结。通过分析凝固曲线得到共晶硅的形核温度、长大温度、形核长大时间等。通过分析共晶硅形核长大时间,可以佐证变质剂元素对共晶硅形核核心的影响。利用EBSD分析共晶硅的形核核心,共晶硅所在区域的色块多,表示共晶硅的形核核心多,Al-Si合金的EBSD样品制取需要用离子减薄法。利用TEM与XRD相结合的方法评价共晶硅孪晶的数量,得到的数据更具有可信度,制取TEM样品需要用离子铣削法。

钇在亚共晶铝硅合金中的作用研究进展

亚共晶Al-Si合金具有优异的铸造工艺性能和良好的力学性能,应用广泛,尤其适合大型薄壁复杂结构铸件的生产,比如燃油壳体、发动机缸套等。现代工业的进一步发展对亚共晶Al-Si合金的综合力学性能提出了更高的要求,提高亚共晶Al-Si合金的综合力学性能迫在眉睫。改善合金的组织是提高合金综合力学性能常用的一种方法。亚共晶Al-Si合金的组织包括初生α-Al、共晶相(包括共晶Al和共晶Si)、杂质相(如富Fe相)等,其中共晶Si呈粗大板片状,在合金部件服役过程中易导致应力集中而使部件失效。通过变质处理,将共晶Si形貌变质为应力集中小的麦穗状、纤维状等,能显著提高Al-Si合金的综合力学性能。因此,很多学者一直在从事变质共晶Si的研究。化学变质共晶Si操作简单、价格低廉,即在合金熔炼过程中加入一种或几种化学物质,改变共晶Si形核和生长的方式,从而改变其形貌。近年来,很多学者一直在寻找更合适的亚共晶Al-Si合金共晶Si变质剂,并取得了丰硕的成果。Na和Sr是应用比较早且十分广泛的变质剂,Sb也是一种常见的变质剂,但它们在工业化使用过程中都有较大的缺点,如Na易挥发、污染环境等,Sr易使合金熔体吸气而导致气孔和氧化夹杂,Sb大量使用对人体有害。大量研究表明,Y是一种有效的共晶Si变质剂,但除了对共晶Si的变质作用,Y对亚共晶Al-Si合金中的其他组织也有影响,如初生α-Al、富Fe杂质相等。为了更加有效地利用Y并促进Y在亚共晶Al-Si合金中的工业化使用,本文对Y及Y与其他因素耦合在亚共晶Al-Si合金中的作用进行了综述,包括其对共晶Si的变质作用、对初生α-Al的影响及共晶Si的变质机理等,同时对后续研究中需要注意的问题进行了阐述并对未来发展方向进行了展望。

制取铸造Al-Si合金EBSD样品的方法

铸造Al-Si合金的组织特殊,制取EBSD样品时难度较大。本文综述了目前常用的制取铸造Al-Si合金EBSD样品的方法,包括电解抛光、离子铣削和震动抛光,对不同方法在实验周期、可操作性、成本及样品表面质量等几方面的表现进行了对比分析。并以ZL114A合金作为实际操作合金,利用上述方法制备样品,进行EBSD分析,实验结果表明:观察与分析Al-Si合金的组织时(比如晶粒、共晶Si等),应依据不同的分析要求、分析对象及不同的分析精度选择适合的EBSD制样方法。

Sc在Al-Cu合金中的作用研究进展

鉴于Al-Cu合金具有优异的综合性能,综述了国内外Sc及Sc与其他元素联合添加在Al-Cu合金中作用的研究进展,包括添加Sc或联合添加Sc与其他元素后,Al-Cu合金晶粒大小、物相组成及分布、物理力学性能等的变化,分析讨论了在未来进行相关研究时的注意事项及需要进一步研究的内容。

Sb元素在铸造Al-Si合金中的作用

对Sb元素在Al-Si合金中的作用研究进行了总结与分析。可以得出:Sb元素对Al-Si合金的初生α-Al枝晶和共晶Si都有影响;Sb元素的变质与冷却速率有关,存在过变质现象,Sb元素会形成AlSb,Mg_(3)Sb_(2)等,可导致Sb过变质;Sb元素是长效变质剂,有一定的孕育期,有良好的重熔性且重熔后无孕育期。Sb的变质机理研究还没有一致结论。Sb元素对Al-Si合金的流动性等也有影响。Sb元素对人体和环境会造成一定的危害。本文还指出了现有研究的不足以及未来的研究方向。

不同冷却速率条件下Y对重力浇铸ZL114A共晶硅和力学性能的影响

利用扫描电子显微镜(SEM)、室温拉伸实验研究了不同冷却速率条件下,不同含量的Y元素对ZL114A合金铸态和固溶淬火态的共晶硅形貌、力学性能以及断裂方式的影响。结果表明,无论是在慢冷(V=0.16℃/s)还是在快冷(V=3.2℃/s)条件下,Y都能变质共晶Si并提高铸态合金的力学性能,且在快冷条件下效果更加明显。被Y元素变质的共晶Si在固溶处理时更容易发生熔断、球化,因此合金固溶淬火态的力学性能更好,伸长率大幅提高,尤其是在快冷条件下。随着Y元素的加入,ZL114A合金裂纹萌生方式由在共晶Si与铝基体结合的界面处产生转变为由共晶Si破裂和在界面处产生二者结合。

亚共晶Al-Si合金Sr变质共晶Si研究进展

变质亚共晶Al-Si合金中共晶Si对提高合金的力学性能具有十分重要的意义,Sr元素是一种有效的化学变质剂。本文总结并分析了Sr变质亚共晶Al-Si合金中共晶Si的实验结果。得到如下结论:Sr元素能够有效地变质亚共晶Al-Si合金中共晶Si,将其形貌由板片状转变为纤维状、颗粒状等,但其变质效果与多种因素有关,如合金熔炼时Sr的加入温度、保温时间、合金凝固时的冷却速率等;Sr与其他元素共同参与亚共晶Al-Si合金共晶Si变质时,这两种元素的耦合作用关系不是一成不变的,比如Sr和B;目前关于Sr元素变质共晶Si的变质机理还没有统一的认识,但Al_(2)Si_(2)Sr化合物在共晶Si变质过程中发挥着十分重要的作用。

低凝固速率时Y元素对ZL114A合金中共晶硅的变质机理

利用DSC曲线、凝固曲线、扫描电镜(SEM+EBSD)和透射电镜(TEM)研究了低凝固速率时Y元素对ZL114A合金中共晶Si的变质机理。结果表明,在低凝固速率时,随着Y元素的添加,ZL114A合金的共晶Si由板片状变为细化纤维状;Y元素的添加缩短了共晶Si形核生长所需要的时间;Y元素的添加在共晶Si生长界面前沿产生了成分过冷,增加了共晶Si的形核核心;Y元素没有诱导共晶Si中孪晶的生成。

Ag元素对Al-Mg-Si合金析出行为影响的研究进展

Al-Mg-Si合金被广泛应用于航空航天、汽车制造及建筑等行业,它是一种可热处理强化的合金,研究它的时效析出行为具有十分重要的意义。总结了目前Ag元素对Al-Mg-Si合金时效析出行为影响的相关研究,并对Ag元素的作用展开了综述,包括Ag元素对时效硬度曲线的影响,Ag元素对DSC曲线的影响以及Ag元素对析出相组态(数量、尺寸、晶格常数等)的影响,同时,指出了未来研究中需要注意的问题和未来的研究方向。

铸造Al-Si合金流动性和热裂敏感性的研究现状

铸造Al-Si合金特别适合大型薄壁复杂结构铸件的生产。提高合金的流动性和抗热裂敏感性,对提高铸件的合格率具有重要的意义。在梳理、对比、分析铸造Al-Si合金的流动性和热裂敏感性后,得出结论:元素种类与含量对合金的流动性影响很大。合金流动性与枝晶相干点温度联系紧密,合金流动性差异可通过测量枝晶相干点来反映。利用浇注温度与枝晶相干点温度的差值来研究合金的流动性更为贴切。结合合金凝固温度区间和流动性试样最前端的晶粒形貌,能更准确地判断出合金停止流动的方式。合金元素对合金的热裂敏感性影响很大。目前,热裂纹的形成机理主要有凝固收缩补偿理论、应变理论和脆性收缩理论。

砂型和表面涂层对ZL702A合金组织和力学性能的影响

利用金相显微镜和室温拉伸试验研究了砂型和表面涂层对ZL702A合金组织和力学性能的影响。结果表明,金属型铸型的综合力学性能最好,派普树脂砂铸型的综合力学性能最差,呋喃树脂砂铸型的综合力学性能与铬铁矿砂型的相差不大。考虑到工业化成本,采用呋喃树脂砂。醇基刚玉粉涂料涂层砂铸型的表面粗糙度最高,存在一些夹渣缺陷,醇基锆英粉涂料和醇基石英粉-石墨粉涂料涂层铸型的表面光洁度差别不大,3种涂层合金的显微组织差异较小。醇基石英粉-石墨粉涂料涂层铸型的综合力学性能最高,醇基刚玉粉涂料涂层铸型的综合力学性能最低。

金属型铸造条件下Sb元素对ZL114A合金共晶Si和拉伸性能的影响

ZL114A合金是我国自主研发的铸造亚共晶Al-Si合金,变质共晶Si是提高其室温综合拉伸性能的重要方法之一。利用室温拉伸试验、扫描电镜观察研究了Sb元素对金属型铸造条件下ZL114A合金铸态和热处理态组织以及性能的影响。结果表明,对于铸态的ZL114A合金,Sb的加入将共晶Si由板片状变质为纤维状或颗粒状;经过热处理的ZL114A合金,Sb的加入使共晶Si的长径比变小,球化程度更高。在金属型铸造条件下,Sb元素能够提高ZL114A合金铸态和热处理态的室温综合拉伸性能,热处理后添加Sb的合金的抗拉强度和伸长率远远高于我国航空标准所要求达到的值。综合考虑ZL114A合金铸态和热处理态的共晶Si相形貌以及室温拉伸性能,Sb元素的最佳含量(质量分数)为0.09%。