不同固溶处理对亚共晶Al-Si合金组织和性能的影响

铸态的亚共晶Al-Si合金中,粗大的α-Al晶粒和针片状共晶Si是造成其性能降低的主要原因。通过对Al-Ti-La和Nd细化变质后的Al-7Si合金进行了不同条件的固溶处理,研究了不同固溶温度和时间对其微观组织及性能的影响。结果表明:铸态Al-7Si合金随着固溶温度的升高,二次枝晶臂间距(SDAS)逐渐增大,共晶Si尺寸逐渐减小,并且共晶Si由长条状和纤维状向短棒状转变。随着固溶时间的延长,共晶Si的演变过程为:长条状→短棒状→粒状→粗化长大。当固溶温度为535℃、固溶时间为3 h时,合金的显微硬度为62.5 HV,相比于铸态提升了10.5%,极限抗拉强度(UTS)和断裂延伸率(El)由铸态的170.2 MPa和11.1%提升至174.0 MPa和13.1%,分别提升2.2%和18.0%,断口的解理平台小且出现大面积韧窝,由脆性断裂转变为韧性断裂。

交流磁场对过共晶Al-2.89％Fe合金中含铁相分布的影响

在交流磁场作用下,过共晶Al-2．89％Fe(质量分数,％)合金中含铁相向样品的中心处富集．这是由于Al3Fe相的磁化率大于熔融铝的磁化率,使得Al3Fe相与铝基体相比受到指向试样轴线处更大的电磁力,从而聚集在试样中心． X射线衍射结果表明,在无磁场和交流磁场条件下,含铁相中只含有Al3Fe相．交流磁场改变了析出相的分布,但没有改变析出相的类型．

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。

变质工艺对亚共晶Al-Si合金共晶硅细化的影响

研究了工业生产Sr变质亚共晶Al-7%Si合金时,变质剂含量、变质温度、变质时间、浇注温度等工艺参数对合金共晶硅细化及其性能的影响。结果表明,在大规模工业化生产中,上述工艺参数严重影响共晶硅的变质效果。采用Al-10%Sr对亚共晶Al-7%Si合金进行变质,在w(Sr)=0.015%时,保温40min后,共晶团内的Si完全成为圆颗粒状,尺寸为5～10μm,达到最佳变质效果。采用Sr变质亚共晶Al-7%Si合金最佳变质温度为700℃,变质后共晶硅组织分布均匀;浇注温度为640℃时的铸件宏观组织最佳,晶粒度可稳定的达到2级,升高浇注温度,晶粒度提高。精炼后,变质时间为30～60min进行浇注,试样针孔度最小,熔体洁净程度高。

电磁离心铸造Al-20Si过共晶合金中硅相组织演变规律

采用电磁离心铸造的方法制备了Al-20Si(质量分数,下同)过共晶合金空心管坯,研究了电磁场对合金凝固组织及硅相形貌的影响。结果表明,随磁场强度增加铸坯外侧硅相聚集层厚度不断减小;与传统离心铸造的铝硅过共晶合金微观组织相比,施加电磁场后凝固组织中初晶硅相得到细化,外侧硅相形貌逐渐由典型的五瓣星形成为沿热流方向生长的初晶硅枝晶,内侧硅相受到电磁搅拌作用发生合并凝聚和钝化;初晶硅相尺寸及形状因子随磁场强度增加在不断减小。电磁搅拌破坏了硅相呈放射状排列的结构,共晶硅分布杂乱,且共晶团共晶片层间距逐渐增加。

P-RE复合变质对过共晶Al-20%Si-Mg合金凝固组织的影响

以过共晶Al-20%Si-Mg合金为研究对象,利用金相显微镜分析了不同成分配比的P-RE复合变质剂对合金凝固组织的影响。试验结果表明,P-RE复合变质剂对过共晶Al-20%Si-Mg合金的初晶硅和共晶硅均有良好的变质和细化作用,当变质剂配比为0.06%P+0.8%RE时,合金取得最好的变质效果,初晶硅由粗大的多边形块状变为钝化角状、块状或近球形,且分布更为均匀,平均尺寸由未变质的82.3μm细化到15.2μm;共晶硅由长的粗针状转变为颗粒状或短棒状,平均尺寸由未变质的9.1μm细化到3.6μm。

Al-La过共晶合金的组织特征及力学性能

采用真空熔炼方法,在石墨铸型中制备了过共晶合金Al-30%La、Al-35%La和Al-40%La试样,研究了它们的组织形貌特征和力学性能,发现过共晶合金Al-30%La、Al-35%La和Al-40%La中的枝晶是不连续的,其中Al-35%La中的Al11La3是周期性双相枝晶。力学性能测试结果表明,过共晶合金Al-30%La、Al-35%La和Al-40%La的抗拉强度较低,但抗压强度较高,并具有一定的相对压缩率（7.06%-15.11%）;由硬度测试结果可知,随La含量的增加,Al-La合金的硬度随之增大,但合金Al-35%La的硬度呈现出一个低谷。

高温扩散对过共晶Al-Si合金组织的影响

研究w(Si)=20%的过共晶Al-Si合金在高于共晶点温度进行热处理后的组织形貌变化.结果表明:热处理温度610℃,保温时间分别为5、10、15min时,随保温时间的延长,粗大的柱状树枝晶α-Al变为近球状组织;不规则的多边形状和花瓣状的初晶Si会逐渐熔断、钝化,最后以15μm小块状和近球状组织出现;粗大的针片状共晶Si先发生熔断变为细小的颗粒状,然后全部熔化,最后在水淬中析出细小颗粒状和纤维状的共晶Si包围α-Al相;热处理温度580℃,保温时间分别为5、15、30、40min时,随保温时间的延长,初晶硅尺寸变细小,直径达到30μm,圆整度不断得到提高,当保温时间达到40min时,共晶硅变为纤维状.

基于正交试验的高强度近共晶Al-11.6Si-3Cu合金优化设计

通过设计一组L9(34)正交试验,对添加不同含量金属元素的合金组织与力学性能进行分析对比,优化出高强度近共晶Al-11.6Si-3Cu合金的最佳成分配比。试验结果表明:经直观分析得出最佳的工艺参数为A2B1C3D3。即Mg的加入量为0.3%,Zn的加入量为0.4%,Sb的加入量为0.3%,Ti的加入量为0.25%。通过方差分析可得出:因素D(Ti加入量)作用为显著,A、B、C(分别为Mg、Zn、Sb加入量)因素有一定影响作用,各因素对抗拉强度的影响程度为D>A>C>B;经A2B1C3D3工艺处理后,合金的抗拉强度达到304.9 MPa。

近共晶Al-11.6Si-3Cu合金组织与性能研究

在近共晶Al-11.6Si-3Cu合金中,加入Mg、Zn进行合金化处理以及Ti、Sb进行变质处理,研究T6热处理工艺对合金组织与性能的影响。结果表明,经合金化和变质处理后,近共晶Al-11.6Si-3Cu合金中共晶硅相由粗针状转变为细小纤维状,Al_2Cu相变化不明显;Al-11.6Si-3Cu合金T6热处理的最佳工艺为525℃固溶8 h,50~60℃水冷,175℃时效8 h,空冷。经T6热处理后,共晶硅相边角钝化变圆,由细小纤维状转变为短棒状或椭圆状。合金抗拉强度和硬度分别为435 MPa和138 HB。

Y/Al-5Ti-1B复合变质对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

在传统铸造Al-Si合金中存在的粗大树枝晶α-Al相以及针状共晶Si严重割裂基体,显著降低合金的力学性能。为细化Al-Si合金的组织,提升其力学性能,本文使用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)以及万能材料试验机,研究了不同添加量Y/Al-5Ti-1B变质剂(Al-5Ti-1B均为2%,稀土Y分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,质量分数)对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响,并探究了其对Al-7Si合金的变质机理。实验结果表明,当Al-5Ti-1B含量为2%、稀土Y含量为0.4%时,变质效果最佳,共晶Si由粗大针状变为细小颗粒状,长和宽分别减小至2.7和0.8μm,相较于未经变质处理的Al-7Si合金,减小了90.6%和4.7%。合金抗拉强度由原来的168.1 MPa提升至209.1 MPa,增加了24.4%。同时伸长率从6.23%提升至9.62%,增长了54.4%。此外,合金的断裂方式也从脆性断裂转变为韧-脆混合断裂。

Al-8%Si铝硅亚共晶合金电磁离心铸造凝固组织研究

采用电磁离心铸造的方法制备Al-8%Si的铝硅亚共晶合金空心管坯,研究了电磁场(electromagnetic field,EMF)对合金凝固宏观及微观组织的影响。结果表明,与传统离心铸造的铝硅亚共晶合金微观组织相比,施加电磁场后凝固组织中α-Al相得到细化,柱状晶随磁场强度增加逐渐成为等轴晶;共晶硅相尺寸在减小,片层间距增加,在硅片层间发现了断裂的共晶硅颗粒。

交流电磁场对Al-7%Si亚共晶合金凝固组织的影响

研究了在交流磁场下凝固的Al-7%Si合金晶内Si溶质元素含量及凝固组织的变化。实验结果表明:与未施加磁场的试样相比,整个凝固过程施加交流磁场,Al-7%Si合金Si在晶粒内部的含量增加,仅在凝固前期施加交流磁场的样品中,晶内Si含量差别不大。此外,在固相线温度以上(680、630、600℃)开始施加交流磁场,初生α-Al为蔷薇状,在固相线以下开始施加交流磁场,初生α-Al为树枝状。

基于正交试验的过共晶Al-20Si合金变质工艺优化设计

基于L9(34)正交试验,本文对过共晶Al-20Si合金进行变质处理。通过直观和方差分析,确定最佳的变质工艺参数。结果表明:正交试验最佳的工艺参数为A2B2C1D2,变质工艺参数为0.04%的P添加量,0.6%的RE混合稀土添加量,20 min的变质时间以及780℃的变质温度,此时初生Si相转变为规则的六边形,平均尺寸为24.84μm,共晶硅相细化明显;因素A(P添加量)对变质效果有显著影响,B、C、D因素(分别为RE混合稀土添加量、变质时间和变质温度)对变质效果有一定的影响作用,各因素的影响程度分别为P添加量>RE混合稀土添加量>变质温度>变质时间。

直流电磁场对Al-7%Si亚共晶合金组织结构的影响

研究在直流电磁场下凝固的Al-7%Si合金晶内Si元素含量及凝固组织的变化。结果表明,与未施加磁场的试样相比,整个凝固过程或凝固后期施加直流电磁场,Al-7%Si合金晶内Si含量增加,在整个凝固过程都施加直流电磁场,初生-αAl枝晶较长,随着开始施加直流电磁场的温度降低,初生-αAl枝晶越来越短。

高合金化Al-8Zn-2Mg-2Cu合金均匀化退火制度研究

研究了不同单级均匀化退火制度对高合金化Al-8Zn-2Mg-2Cu合金组织的影响。通过对第二相及共晶组织的演化规律分析获得了合金较为理想的单级均匀化退火制度。组织分析发现,Al-8Zn-2Mg-2Cu合金中第二相主要为片层状的T(AlZnMgCu)相,以及片层间与T(AlZnMgCu)相共生的Al_(2)CuMg相,过烧温度为476℃。在465、470、475℃三种温度下开展的单级均匀化退火处理研究结果表明,在过烧温度下进行单级均匀化退火处理很难将共晶组织完全消除。本研究确定的较为理想的均匀化退火制度为475℃96 h,在此制度下的第二相残留数量最少、形貌圆滑,且共晶组织体积分数最低为0.5%。

冷却速率和Er-Zr含量对Al-7Si-0.3Mg合金共晶组织的变质作用

采用复合添加Er、Zr元素变质处理了Al-7Si-0.3Mg合金,通过控制冷却速率和Er、Zr元素添加量来变质合金中粗大的针片状共晶硅相。采用金相观察、扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射及能谱分析等测试分析手段研究了Er、Zr元素对Al-7Si-0.3Mg合金中共晶硅相的变质作用,并探讨了Er、Zr复合变质机理。结果表明,当添加0.15wt%Er和0.15wt%Zr时,合金中的共晶硅相得到明显细化,不同的冷却速率也能显著改变共晶硅相形貌。当冷却速率为250～300℃/s并添加0.25wt%Er和0.25wt%Zr时,合金中共晶硅相变质为细小的纤维状。

TiB_2和Cu对过共晶Al-18Si合金切削性能的影响

研究细化剂TiB_2和金属元素Cu对过共晶Al-18Si合金显微硬度、切削力、断屑性能的影响,并进一步探究背吃刀量、进给量、切削速度对过共晶Al-18Si合金切削力影响的显著性。试验结果表明,细化剂TiB_2能够提高过共晶Al-18Si合金基体的显微硬度,提高合金的断屑性能,减小合金的切削力。金属元素Cu虽然能够提高合金的断屑性能,减小合金的切削力,但却降低了合金细化晶粒后的显微硬度。背吃刀量、进给量、切削速度对过共晶Al-18Si合金的切削力的影响均不显著。

振动铸造对高导热Al-1.75Fe-1.25Ni共晶合金组织和性能的影响

采用机械振动铸造法制备了高导热共晶型Al-1.75Fe-1.25Ni合金铸锭,研究了振动频率对其微观组织,导热导电性能和力学性能的影响。该合金由α-Al和Al,FeNi两相组成,无振动情况下其组织主要为粗大(α-Al+Al_(9)FeNi)共晶组织,振动铸造可促进初生α-Al相析出,并显著细化(α-Al+Al_(9)FeNi)共晶组织。振动可小幅度提升Al-1.75Fe-1.25Ni共晶合金的导电导热性能,显著改善其力学性能。振动频率为200Hz时,屈服强度和抗拉强度分别提升41.3%和32.1%,分别达到89MPα和173MPα。断裂伸长率的提升幅度超过70%,伸长率达到26.5%。

Na变质处理对Al-10.5Si合金共晶硅尺寸及性能的影响

通过Na盐变质处理得到3种不同共晶Si尺寸的4045合金,钠盐加入量分别为0、0.6%、0.9%,对应的共晶Si平均尺寸分别是26μm、13μm、3μm。通过拉伸试验、毛刺分切试验等研究共晶Si与4045合金组织及性能之间的关系。结果表明,变质后4045中共晶Si尺寸明显减小,0.9%Na变质后共晶Si尺寸从未变质的26μm减小到3μm,屈服强度从75 MPa升到81 MPa,伸长率从7.7%提高到11.0%,但共晶硅尺寸减小使得材料分切后微毛刺的高度增加。