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%。

Al-5Ti-1B与Y复合添加对铸造Mg-5Al-5Si合金的影响

【目的】为细化Mg-Al-Si合金中的粗大Mg_(2)Si相,添加Al-5Ti-1B和稀土Y对Mg-5Al-5Si合金进行变质处理。【方法】熔炼制得不同成分的Mg-Al-Si合金,使用多种测试方法对变质前后合金成分、微观组织及力学性能进行分析,并讨论其变质机理。【结果】结果表明:在Mg-5Al-5Si合金中添加Al-5Ti-1B,初生相形貌由粗大块状转变为细枝晶状或多边形状,共晶相数量随着Al-5Ti-1B添加量的增加而减少,合金硬度显著提高,这是因为TiB_(2)为Mg_(2)Si提供了形核基底。当合金中添加1.0%Al-5Ti-1B时,再添加Y会使初生相尺寸进一步减小,形貌规整。当复合添加1.0%Al-5Ti-1B和1.0%Y时,初生Mg_(2)Si相平均尺寸降低到10.2μm,形貌为细小多边形状,合金拉伸力学性能最优,稀土Y的变质机理主要为吸附毒化。

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%。

Mg-4Al-2Si合金固溶处理过程中Mg_2Si相颗粒的球状化

实验研究了Mg-4Al-2Si合金固溶处理过程中汉字状Mg2Si相颗粒的球化现象及其工艺参数对球化的影响。结果发现:Si沿Mg/Mg2Si界面扩散,使粗大的汉字状Mg2Si颗粒发生部分溶断,并依靠自发球化的趋势通过向未溶的粒状Mg2Si扩散聚集完成球化;最佳球化工艺为420℃保温16h。

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。

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。

Al-20%Si合金初生硅宏观偏聚和细化的试验研究

利用铜楔形模铸造,通过凝固过程测温,研究了浇注温度、变质剂对Al-20%Si合金初生硅宏观偏聚的影响,及冷却速率对P、Cr和P-Cr复合变质Al-20%Si合金凝固过程中初生硅形貌和大小的影响规律。结果表明:850℃浇注得到的试样初生硅的宏观偏聚最少,就变质剂对初生硅宏观偏聚效果,Cr变质的明显改善,P-Cr复合变质与Cr变质效果相差不多,但远优于P变质;变质剂对初生硅细化和球化作用,P变质效果最好,P-Cr复合变质次之,都大幅好于Cr变质的效果;初生硅细化效果随冷却速率增加而增强,但当冷却速率在某区间时,初生硅大小随冷却速率的变化不敏感。获得宏观偏聚少,形貌好,尺寸小于20μm的初生硅的最佳工艺条件为:采用P-Cr复合变质,850℃浇注,冷却速率大于10℃/s。

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。

Si、Mg添加量对Al-Mg-Si合金的显微组织和Mg_(2)Si相形貌的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究分析了Al-8.8Mg-9.2Si、Al-12.6Mg-7.4Si、Al-15.4Mg-9.8Si三种不同Mg_(2)Si含量的合金在金属型下的铸态凝固组织演化。结果表明,合金的凝固路径为L→L_(1)+Mg_(2)Si→L_(2)+Mg_(2)Si+(Al+Mg_(2)Si)_(二元共晶)→Mg_(2)Si+(Al+Mg_(2)Si)_(二元共晶)+(Al+Mg_(2)Si+Si)_(三元共晶),室温下的凝固组织为一定量的初生Mg_(2)Si相、二元共晶和三元共晶集群构成。随着Si含量和Mg含量的增加,初生Mg_(2)Si相的数量增加,其生长形态由八面体多边形向二次枝晶壁较为发达的树枝晶状转变,共晶Mg_(2)Si相的形态并没有明显的转变。通过对比Al-12.6Mg-7.4Si、Al-15.4Mg-9.8Si合金的凝固组织形貌,发现共晶晶胞的纵横比率累积值随着计算Mg_(2)Si含量的增加而下降。

均匀化处理对Al-5.6Mg2Si合金耐静态腐蚀性能的影响

采用X射线衍射、扫描电镜等测试手段研究了均匀化处理对Al-5.6Mg_(2)Si合金耐静态腐蚀性能的影响。结果表明:均匀化处理提高了Al-5.6Mg_(2)Si合金凝固组织的均匀化程度,降低了易于发生原电池现象的点敏感度,使该合金在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能提高。对比未经均匀化处理的Al-5.6Mg_(2)Si合金,其平均晶粒尺寸由42.5μm变成16.4μm,约为未均匀化处理的38.6%;Mg_(2)Si相体积份数由61.72%降低到57.20%,为未均匀化处理的92.7%,其平均腐蚀速率由0.38180g/m^(2)·h减小到0.00807g/m^(2)·h,约为未均匀化处理时的2.11%。

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。

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。

电磁搅拌对Al-18Mg_2Si合金组织与性能的影响

为了研究电磁搅拌对Al-18Mg2S i合金组织及性能的影响规律,对Al-18Mg2S i合金进行了不同磁感应强度和搅拌时间的电磁搅拌实验.通过显微组织分析和力学测试表明,提高磁感应强度和延长搅拌时间,合金中的初生Mg2Si相明显圆整、细化;合金的抗拉强度和硬度也有一定程度的提高.但磁感应强度过大,会导致合金组织粗化;搅拌时间过长,会使性能降低.磁感应强度在0.01~0.012 T、时间持续60 s的电磁搅拌能够显著改善Al-18Mg2Si合金的显微组织和力学性能.

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。

往复挤压Mg-4Al-2Si合金时Mg_2Si颗粒的破碎规律

采用往复挤压工艺细化Mg-4Al-2Si(AS42)镁合金组织,研究了挤压过程中Mg_2Si颗粒的细化效果、破碎特征、分布规律及破碎机制。结果表明:从铸态到挤压8道次态,随挤压道次的增加,颗粒不断细化,均匀度和弥散度逐渐提高;挤压11道次时,颗粒发生粗化;合金在400℃、应变速率0.01s^(-1)条件下的压缩峰值应力约为75MPa,大于Mg_2Si颗粒的断裂应力(48MPa),挤压使颗粒发生开裂;随挤压道次的增加,位错密度逐渐增大,位错在Mg_2Si颗粒处的数量增多,应力集中急剧增大,从而导致颗粒发生破碎。

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。

Nd变质对Al-Mg_(2)Si合金组织和力学性能的影响

研究了Nd变质处理对Al-20Mg_(2)Si合金组织和力学性能的影响。结果表明,当Nd的加入量为0.3wt%时,初生Mg_(2)Si形貌由未变质的粗大汉字状转变为多边形,变质效果最好,初生Mg_(2)Si相尺寸细小,分布均匀,合金抗拉强度为119 MPa,伸长率为1.95%,和未变质合金相比,抗拉强度和伸长率分别提升了52.6%和56%。当Nd的加入量达到0.5wt%时,初生Mg_(2)Si再次粗化,出现过变质现象,致使力学性能降低。Nd变质处理对共晶Mg_(2)Si形貌影响不大。

P和La对Al-20Mg2Si合金凝固组织及力学性能的影响

研究了0~0.75%的P、La以及0.5%P和0.5%La复合处理对Al-20Mg2Si合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明:P、La及其复合变质均可改善合金的凝固组织和力学性能。随着P或La加入量的增加,合金中初生Mg2Si相的尺寸都先减小后增大,转折点均为0.5%,同时组织中出现了Mg3(PO4)2P和Al11La3相;在复合处理条件下,初生Mg2Si相的尺寸最小,比未变质时减小了63.7%。合金的力学性能均与初生Mg2Si相的尺寸对应,随P或La加入量的增加,力学性能先增加后减小。复合处理时,合金力学性能最优,其抗拉强度和伸长率分别比未变质试样提高了40.5%和159%。