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。

激光功率对激光沉积Al-40%Si合金组织和性能的影响

采用激光沉积法制备了Al-40%Si合金。利用光学显微镜以及Image J金相分析软件,对过共晶Al-Si合金的组织进行了观察。采用维氏显微硬度计测量了合金的显微硬度,研究了激光功率对Al-40%Si合金组织和性能的影响。结果表明:相比铸造Al-Si合金,激光沉积Al-Si合金的初晶硅尺寸和形状得到了明显改善,粗大的长条块状初晶Si转变为细小颗粒状并均匀分布在基体α-Al中。随着激光功率的增大,初晶Si尺寸先减小后增大,显微硬度具有最大值,当激光功率为1000 W时,初晶Si尺寸最小,约为5μm,显微硬度达到最高值168.21 HV。

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。

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。

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。

热扩散处理对Al-24%Si合金中初晶硅形态的影响

采用低于Al-Si合金共晶点温度(577℃)加热保温处理,研究过共晶Al-24%Si合金在不同的加热扩散温度和保温时间下初晶硅形态的演变。结果表明:加热扩散温度为550℃,保温时间分别为3、6、9和12 h时,随保温时间的延长,粗大块状或花瓣星状的初晶硅趋于向近球状转变,且尺寸随保温时间的延长而变得细小;当保温时间为9 h,加热扩散温度为450、510、530和550℃时,随加热扩散温度的升高,初晶硅的尺寸越细小,圆整度提高,通过选择合适的加热扩散温度和保温时间进行处理可以起到使初晶硅球化和细化的效果,从而提高合金的力学性能。

Bi对Al-18%Si合金微观组织与力学性能的影响

研究不同的Bi含量对过共晶Al-18%Si合金微观组织与力学性能的影响。试验表明,Al-18%Si-x%Bi(x=1,2,3,4,5)合金中,大部分Bi在基体中以小颗粒状弥散均匀分布,局部出现Bi的聚集;同时,Bi的加入对合金中的共晶硅起到一定的细化作用;随着Bi含量的增加,共晶硅组织由粗大针片状变成短杆状,当Bi含量达到3%时,共晶硅转变为均匀分布于基体的蠕点状,当Bi含量为4%或5%时,共晶硅没有进一步的细化。另外,力学性能和摩擦试验研究发现:Al-18%Si-3%Bi合金的抗拉强度由Al-18%Si合金的168 MPa提高为189 MPa,摩擦系数由0.437 2降为0.387 9,磨损量仅为不含Bi的20%。

稀土和磷复合变质对Al-21%Si合金组织和耐磨性的影响

以过共晶Al-21%Si合金为研究对象,分析磷、稀土复合变质对合金组织和磨损性能的影响,并对其磨损机理进行了探讨。结果表明:复合变质后粗大块状、条状的初晶硅尺寸明显细化,粗大针状的共晶硅变为短杆状或颗粒状。P、RE对初晶硅均有细化作用,P的细化作用较强。当加入0.9%RE+0.08%P时初晶硅细化效果最佳,初晶硅从66.4μm细化到23.3μm;RE对共晶硅的变质作用较显著,稀土含量为0.6%时,共晶硅平均尺寸从8.3μm细化到5.2μm。磨损试验结果表明:合金的耐磨性不仅与初晶硅颗粒尺寸和分布有关,而且受基体中共晶硅形态影响,磷、稀土复合变质剂配比为0.06%P+0.6%RE时,耐磨性最好;其室温润滑磨损机理以磨粒磨损和粘着磨损为主;干摩擦高速磨损条件下,主要磨损形式为氧化磨损和粘着磨损。

Sr变质后Al-28%Si合金中Si相的生长行为

采用不同的腐蚀、萃取方法,研究Sr变质后Al-28%Si合金初生Si和共晶Si相的形貌变化。结果表明,变质后合金中初生Si金相组织呈鱼骨状,萃取后是由八面体堆垛形成的长条状聚集体。SEM分析显示,Sr元素在初生硅内部并未富集,Sr的加入影响了初生硅的形核,并未影响初生Si的生长过程;变质后共晶Si表现为细而短的纤维杆状组成的脊骨状结构,能谱分析显示在共晶Si生长前端存在Sr元素的富集。游离态Sr原子在Si相表面的吸附阻止了共晶Si相的片状生长,进而形成分枝细密的珊瑚状共晶Si,Sr的加入影响了共晶Si的生长过程。

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.

半固态温度区电磁搅拌对Al-25%Si合金显微组织影响

在半固态温度区域对Al-25%Si合金施加电磁搅拌,从组织形貌上看,随搅拌时间的延长初晶Si的边角逐渐钝化;初晶Si的分布变得更均匀.搅拌时间为30min时,初晶Si微观形貌最圆整,分布最均匀.金属型抗拉试棒断口基本上为解理性断口,半固态铸造合金试棒断口中出现了较多的韧性断裂区带和韧窝.

Bi对Al-20%Si合金微观组织及摩擦磨损性能的影响

研究不同Bi含量对Al-20%Si合金微观组织及摩擦性能的影响。借助金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对Al-20%Si合金进行观察分析。结果表明,随着Bi含量的增加,Al-20%Si合金组织中初晶硅和共晶硅都有不同程度的细化。添加0.75%Bi,块状初晶硅的棱角钝化,尺寸小于50μm;当Bi含量达到1.5%时,初晶硅近似不规则多边形,尺寸进一步减小,棱角更加圆润,共晶硅呈弥散分布,部分呈颗粒状。摩擦磨损试验表明,Bi对Al-20%Si合金摩擦系数以及摩擦力产生影响,摩擦系数从0.73降为0.58,磨损量减少20%。

母合金成分和混合温度对受控扩散凝固组织的影响

采用强制对流混合方式的受控扩散凝固技术制备了亚共晶Al-8%Si合金,研究了不同的母合金成分和混合温度对亚共晶Al-8%Si合金组织中初生α-Al相的形貌和尺寸的影响。结果表明,在纯Al与Al-12%Si合金混合后制备的Al-8%Si合金中初生α-Al相为细小圆整的球状晶,而且在纯Al的混合温度为665℃时,初生α-Al相的细化效果最好,晶粒尺寸可以达到43μm。随着母合金中Si含量的增加与纯Al混合温度的升高,初生α-Al相的细化效果变差。

热扩散处理对Al-Si合金共晶硅的细化及其摩擦性能的影响

研究在不同的热扩散温度和保温时间下过共晶Al-18%Si合金中共晶硅形貌的演变过程。结果表明,热扩散温度分别为400、450和500℃,保温时间为3h时,随热扩散温度的升高,铸态Al-18%Si合金中粗大针片状共晶硅向短棒状或粒状转变的速度加快;另外,当热扩散温度为400℃,保温时间依次为3h、6h和9h,随着保温时间的延长,粗大针片状的铸态共晶硅逐渐向圆整度较高的粒状转变,且共晶硅颗粒尺寸小于2μm,当保温时间达到12h时,出现了共晶硅颗粒的粗化,部分颗粒的尺寸达到4μm。通过摩擦系数的测定,发现共晶硅颗粒越细小圆整,摩擦系数越小。

Al-40Cu合金定向凝固铸锭的宏观偏析研究

通过Al-40Cu过共晶合金在10μm/s的凝固速率下定向凝固,得到了4mm×120mm铸锭。采用光学显微镜、成分分析等手段研究了定向凝固铸锭不同部位的凝固组织、宏观偏析等。结果表明,Al-40Cu合金在10μm/s的定向凝固速率下,铸锭沿生长方向存在凝固组织从有大量初生Al2Cu相到初生Al2Cu相消失转变。这是因为合金中液相的流动造成了Cu元素轴向宏观偏析,利用Scheil方程和BH模型进行了理论计算,试验结果与理论值基本一致。