微量Fe、Ni和Ti复合对Al-20Si合金微观组织及其性能的影响

Fe、Ni和Ti元素以AlFeNiTi中间合金的形式添加,AlFeNiTi中间合金(原子比1∶1∶1∶1)通过真空电弧熔炼炉进行熔配,研究中间合金添加量(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%,质量分数)对Al-20Si合金中Si相、α-Al和力学性能的影响.结果表明:当Al-20Si合金中添加2.0%AlFeNiTi中间合金时,初生Si的形貌由粗大不规则块状和五瓣星状变质为细小规则的块状,其平均尺寸从未变质时的91μm减小到40μm,减小56.1%;共晶Si形貌从粗大的针片状变质为边缘钝化的细小粒状,而且α-Al的二次枝晶显著减小,形貌由粗大树枝晶细化为蔷薇状组织.合金的抗拉强度由129 MPa(未变质合金)增加到182 MPa(2.0%AlFeNiTi变质),增加了41.1%,延伸率由0.8%提高到1.43%,提高了78.7%.

挤压铸造比压对汽车用Al-20Si合金组织及力学性能的影响

对Al-20Si合金进行了不同比压的挤压铸造试验,采用OM、拉伸试验、断口形貌观察研究了不同挤压铸造比压对Al-20Si合金组织与性能的影响。结果表明:随着挤压铸造比压的增加,Al-20Si合金中初生Si相的数量逐渐减少,尺寸逐渐减小,圆度越来越高,α-Al枝晶数量越来越多,Al-20Si合金的抗拉强度先升高后降低,伸长率逐渐升高。比压为560 MPa时,Al-20Si合金的抗拉强度达到最大值165 MPa。比压为720 MPa时,Al-20Si合金的伸长率达到最大值6.1%。

均匀化处理对汽车活塞用Al-20Si合金组织及耐磨性的影响

对挤压铸造Al-20Si合金进行了530℃不同时间的均匀化处理。采用显微组织观察、摩擦磨损试验研究了不同时间均匀化处理对Al-20Si合金组织与耐磨性能的影响。结果表明:铸态Al-20Si合金组织中有大量针状共晶Si相存在,随着均匀化时间的增加,Al-20Si合金单位面积上Si相数量先增加后减少,Si相圆整度先提高后降低。均匀化16 h合金中Si相圆整度最佳。随着均匀化时间的增加,Al-20Si合金耐磨性先提高后降低。530℃×16 h均匀化处理的Al-20Si合金的耐磨性最佳,其抗拉强度和伸长率分别为158.3 MPa和10.4%。

混合稀土对过共晶Al-20Si合金显微组织与力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针及力学性能测试,研究了不同比例的混合稀土Pr和Y对过共晶Al-20Si合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:Al-20Si合金中添加稀土Pr和Y能使合金中粗大的块状及五瓣星状初生Si变质为细小的块状和部分粒化;当Pr和Y按质量比1:1的比例混合(0.5%Pr、0.5%Y,质量分数)时,细化效果最为显著,初生Si尺寸由96μm减小到41μm,减小57.3%,共晶Si由粗大的针片状变质为类蠕点状;此时,合金的抗拉强度由93 MPa提高到143 MPa,伸长率从1.12%提高到2.79%,分别提高53.8%和149%。

高能超声对Al-20Si合金组织和力学性能的影响

采用高能超声波对Al-20Si合金进行熔体处理,研究超声波处理对Al-20Si合金微观组织形貌及其力学性能的影响。结果表明,在660℃温度下,对Al-20Si合金熔体进行高能超声波处理,可以使Al-20Si合金的初晶硅形貌由粗大的板片状逐渐变成细小的球状颗粒,圆整度高,分布均匀,并且使其抗拉强度和伸长率提高。通过对合金拉伸断口形貌的观察,发现在经过超声处理的Al-20Si合金断口上有较多的撕裂带和韧窝,表现为脆性断裂和韧性断裂的混合型断口。

喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料的热疲劳行为

采用V型缺口试样对喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料进行了热循环试验,用光学金相显微镜和扫描电镜研究了在热应力作用下的热疲劳裂纹扩展方式和形态.结果表明:热疲劳裂纹优先在V型缺口处萌生;复合材料经一定的热循环次数后随相对密度的提高,裂纹扩展速率下降;在复合材料的三大相——α-Al基体、Si相以及SiC颗粒中,α-Al基体阻碍热疲劳裂纹的扩展,裂纹非连续性扩展;裂纹扩展方式受Si相的尺寸和分布状态控制,裂纹绕过Si颗粒向前扩展以及裂纹穿过Si颗粒向前扩展是裂纹碰到Si颗粒时常出现的两种机制;SiC颗粒与热疲劳裂纹有强烈的交互作用,加强SiC颗粒与基体的界面结合有利于提高热疲劳寿命.

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。

流变铸造Al-20Si合金

研究了剪切低温浇注式半固态浆料制备工艺(LSPSF)对Al-20Si过共晶合金中初生Si相尺寸和形貌的影响。结果表明,LSPSF工艺可制备质量优良的Al-20Si合金半固态浆料和坯料;初生Si得到明显细化,分布均匀,形态发生了明显改变,由板片状转变为多角块状;磷变质处理可强化LSPSF工艺的细化效果,但浇注温度过低时,初生Si相发生偏聚。在LSPSF工艺条件下,初生Si得以细化和圆整化主要归因于LSPSF工艺引起的增强异质形核作用和抑制初生Si择优生长作用。

熔体混合与电磁搅拌对Al-20Si合金中初生Si相的细化效果

采用电磁搅拌和熔体混合技术制备Al-20Si合金,研究表明,单纯采用电磁搅拌技术制备Al-20Si时,会产生偏析层,其初生Si相平均尺寸在60μm以上;而采用熔体混合+电磁搅拌复合处理可使Al-20Si合金中的初生Si相尺寸降至16μm以下,并消除在单纯电磁搅拌合金边缘出现的粗大的初生Si相的偏析层。熔体混合处理处理还可以强化过共晶Al-20Si合金的电磁搅拌效果,获得良好细化效果。

NaCl沉积盐引起的1Cr25Ni20Si2合金在700℃～900℃的腐蚀行为研究

研究了涂有NaCl盐膜的1Cr25Ni20Si2合金在700、800和900℃空气中的腐蚀行为.采用X-射线衍射和带有能谱的扫描电镜对腐蚀产物进行了分析.结果表明,NaCl沉积盐使合金在3个温度下发生快速腐蚀,合金表面形成了很厚的外层为富Fe氧化物,内层为富Cr氧化物的腐蚀产物层.并且,合金发生了严重内腐蚀,形成贫Cr层,并出现许多空洞.此外,探讨了合金的腐蚀机制.

约束喷射Al-20Si合金沉积坯的形状及显微组织

针对喷射沉积区域与连续挤压机轮槽不匹配的问题,本文采用双盘流型控制器约束雾化射流,研究熔体温度和雾化气体压力对Al-20Si合金沉积坯形状及微观组织的影响。结果表明:在0.10~0.25 MPa的范围内,随雾化气体压力的增加,合金沉积坯变得越来越窄且高度不断增加。随雾化气体压力的增大,合金中初晶Si的等效直径先急剧减小,而后缓慢增加。在熔体温度为829℃,雾化气体压力为0.2 MPa时,获得的沉积坯的Si颗粒尺寸细小、分布均匀,且沉积坯宽度较小。研究结果可为喷射沉积连续挤压试验参数的优化提供参考。

变质与热处理对Al-Si-Fe/Al-20Si复合材料组织和磨损性能的影响

以还原Fe粉和Al-20Si为反应物,采用熔体反应法原位反应生成Al-Si-Fe/Al-20Si复合材料,通过Mn、Sr、Y对复合材料进行变质处理,并对样品进行T6处理。研究了复合材料的显微组织及室温干滑动摩擦磨损性能。结果表明,变质后复合材料的耐磨性明显高于基体,热处理后所有样品的耐磨性均高于铸态,其中热处理前采用Sr变质的复合材料耐磨性最好,热处理后经过Y变质的复合材料耐磨性最好。分析可知复合材料的耐磨性主要受富铁相和硅相粒子形貌和大小的影响,富铁相和热处理后高强度的基体会促进摩擦转移膜的形成,提高耐磨性。

Al-20Si合金熔体处理及内生SiC的研究

采用石墨坩埚熔炼Al-20Si合金,以PM(磷盐)作为变质剂,对熔体处理及熔体反应内生SiC进行了探讨。结果表明,随保温时间增加,初晶Si晶粒尺寸逐渐变细,保温时间为0、1、3、6min时,其晶粒尺寸分别为18、15、12、9μm;SiC是高温活性C原子和过共晶Al-20Si合金反应的最终产物;凝固过程中反应生成的SiC颗粒一部分团聚在Si原子集团周围,充当初晶Si的异质形核基底,另一部分溶入初晶Si和基体。

喷射沉积连续挤压Al-20Si合金

采用喷射沉积连续挤压工艺制备Al-20Si合金棒料。结果表明不同的雾化颗粒因遗传熔体的不均匀性而出现成分差异,并对沉积坯内初晶硅分布有一定的影响,但是在挤压过程中这种分布不均现象会被消除。初晶硅在挤压过程中被破碎并随基体的流动而扩散;对不同挤压比制备的合金杆料进行微观组织观察,发现随着挤压比的增加,棒料内初晶硅更加细小弥散,尺寸均匀。合金室温抗拉强度也随着挤压比的增加而增加,挤压比为17时Al-20Si合金的抗拉强度达到195.6MPa。

固溶处理对ZG40Cr25Ni20Si2耐热钢力学性能的影响

针对选用ZG40Cr25Ni20Si2耐热钢制造的某型号燃气舵安装壳体复验过程中出现的力学性能偏低现象,研究固溶处理对材料金相组织及力学性能的影响,为该产品后续失效分析及质量控制提供参考依据。试验结果表明:温度为1080℃,保温时长90 min的固溶处理有助于提高产品的力学性能,常温和900℃高温下抗拉强度分别提高11%和14%,900℃高温下伸长率提高14%。研究结果可为后续该牌号产品的设计和选用提供有效参考。

化学剂冷却条件下20SiMn材料的耐蚀性能研究

对20Si Mn钢筋进行两段式冷却,前段采用化学剂冷却,后段采用水冷,对冷却过程中温度场的变化进行模拟仿真,研究其耐腐蚀性能。结果表明,采用两段式冷却可以使20Si Mn钢筋获得很好的力学性能,所生成的氧化皮致密,表现出很好的耐蚀性。

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。

喷射沉积SiC_p/Al-20Si复合材料高周疲劳行为研究

采用喷射沉积法制备15%(体积分数)4.5 m SiCp/Al-20Si复合材料及其基体合金,研究该组材料的微观组织、力学性能、高周疲劳性能以及疲劳断口形貌。结果表明:SiC颗粒的加入有利于提高材料的力学性能;复合材料及其基体的高调疲劳寿命随应力幅值的减小而增加,在相同应力幅值下,复合材料的疲劳寿命远远高于基体合金。疲劳裂纹从大颗粒的初晶Si的断裂以及Si相脱离处形核,并开始扩展。对于复合材料而言,SiC颗粒尺寸较小,不容易发生断裂,在形核过程中,当裂纹遇到SiC颗粒时,裂纹或者避开增强体,或者受阻于SiC颗粒,只能在基体合金中扩展,从而扩大了疲劳形核区的面积,提高了材料的疲劳寿命。Si颗粒的脱离、Si相的断裂以及SiC颗粒与基体界面的脱粘是复合材料疲劳断裂失效的主要机制。

原位Al2O3颗粒增强Al-20Si复合材料的制备及微观组织

目前原位Al2O3颗粒对Al-Si合金组织性能的研究较多,但对过共晶Al-Si合金的研究较少。本研究通过在半固态温度区间下添加SiO 2粉末制备Al2O3(p)/Al-20Si复合材料,探究搅拌速率、SiO 2粉末添加量对Al-20Si合金的影响。研究结果表明:当搅拌速率为800 r/min时,Al2O3颗粒在基体中的分散效果最好;添加SiO 2粉末与Al基体发生反应生成的Al2O3颗粒主要分布于初生Si边界处,可显著抑制初生Si的生长,但当SiO2添加量增加到7%时,生成的Al2O3颗粒出现了团聚现象。加入质量分数为5%的SiO2粉末所制备的Al2O3(p)/Al-20Si复合材料组织中Al2O3颗粒均匀分布,硬度较基体合金提高了14%。

Ni元素对Al-20Si-2Cu合金的组织及性能影响

使用OM、SEM、XRD研究了在Al-20Si-2Cu合金中添加不同含量Ni后微观组织的演变和合金性能的变化。研究表明:Ni元素的添加不仅能使α-Al树枝晶的一次枝晶长度从150μm减小到100μm,二次枝晶臂间距由16.4μm减小至10.2μm,而且使强化相的形貌及成分发生显著的变化;另外,随Ni含量的增加,合金的高温抗拉强度从79.5 MPa提高到106.3 MPa,提高了33.7%,伸长率则先增加后减小。