新型Al-Ti-Nd中间合金制备及其对Al-10Si合金的细化变质作用

采用铝原位熔体法制备了一种新型的Al-3Ti-4.5Nd中间合金,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段分析了Al-3Ti-4.5Nd中间合金的组织,探究了Al-3Ti-4.5Nd中间合金对Al-10Si合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,当Al-3Ti-4.5Nd中间合金的添加量为0.15%时,Al-10Si合金的宏观组织由粗大的柱状晶细化为细小的等轴晶,二次枝晶臂间距由16.69μm减小到13.44μm;共晶硅由粗大的针状转变为短棒状,平均长度由26.75μm减小到16.47μm;抗拉强度由165.86 MPa提升到177.43 MPa,断后延伸率由4.21%提升到6.72%。合金的质量指标Q由259.50 MPa提升至301.54 MPa,提升了16.2%。Ti_(2)Al_(20)Nd相的能够有效细化α-Al相,稀土元素促进了共晶硅中孪晶的形成,改善了共晶硅的形貌及尺寸。

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。

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。

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。

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。

新型Al-Ti-La中间合金对亚共晶Al-7Si合金显微组织和力学性能的影响

制备了一种新型Al-Ti-La中间合金,用来细化变质处理亚共晶Al-7Si合金中的α-Al和共晶Si相。研究了新型Al-Ti-La中间合金对亚共晶Al-7Si合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:新型Al-Ti-La中间合金对初生α-Al和共晶Si表现出优异的细化变质效果。加入0.2%Al-Ti-La,可以使α-Al晶粒尺寸从1460μm减小到230μm,减小了84.25%;二次支晶臂间距从28.55μm减小到15.16μm,减小了46.90%;共晶Si的形貌由粗大的针片状转变为细小的短棒状和颗粒状。随着初生α-Al和共晶Si相的细化,Al-7Si合金的抗拉强度从154 MPa增加到175 MPa,增加了13.63%;伸长率从5.83%增加到11.94%,增加了104.80%。断裂方式由穿晶断裂向沿晶断裂转变,合金的塑韧性提高。

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%.

Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

通过真空电弧熔炼炉制备Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、差热分析仪(DSC)和万能材料试验机,研究不同添加量(0.3%,0.5%,0.7%,0.9%和1.3%,质量分数,下同)Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金对Al-7Si合金微观组织和性能的影响。结果表明:随着Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti合金添加量的增加,Al-7Si合金中初生α-Al和共晶Si组织被显著细化。与未添加Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金相比,当Al-7Si合金中添加0.9%Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金后,初生α-Al晶粒尺寸从218μm减小到80μm,二次枝晶间距从25μm减小到9.3μm;共晶Si组织由粗大的针片状细化为短片状和短棒状,平均长度和宽度分别从34.8μm和4μm减小到11.6μm和1.7μm;合金的抗拉强度和伸长率分别达到184 MPa和9.3%,与未变质合金的力学性能(162 MPa和3%)相比分别提高了13.6%和210%,断裂模式由韧脆混合断裂模式转变为韧性断裂。然而,当Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti合金的添加量增加到1.3%时,发生过变质现象,导致Al-7Si合金组织粗化,力学性能下降。

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。

采用Al及Al-12Si中间层的AZ31B镁合金TLP接头的组织和性能

采用Al及Al-12Si为中间层对AZ31B镁合金进行过渡液相扩散焊,用环境扫描电镜及万能试验机测试并分析了接头组织与强度之间的关系。研究结果表明:采用Al作为中间层时,随着保温时间的增加,Al12Mg17金属间化合物含量降低,接头强度升高;采用Al-12Si作为中间层时,含硅相Mg2Si对焊缝的强化提高了接头强度,但保温时间过长时,Mg2Si偏聚于焊缝中心会降低接头性能。

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%。

微量Zr对过共晶Al-20Si合金微观组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜/能谱、X衍射分析仪及力学性能测试等手段,研究不同添加量的Zr(0.15%,0.3%,0.45%,0.6%)加入Al-20Si合金后对微观组织和力学性能的影响。结果表明:Al-20Si合金中添加微量Zr能使合金中初生硅形态从粗多边形和星形细化为细小多面体形状,并逐渐球化;共晶硅形态从粗大片状、针状结构变为离散颗粒细纤维结构。当Al-20Si合金中的Zr添加量为0.3%时,其细化变质效果最明显,初生硅平均长径比由1.71降至1.26,共晶硅平均长度由20.6μm降至8.7μm。此时,合金的拉伸强度和伸长率分别由初始的89.4MPa和0.67%增至132.1 MPa和1.2%,分别提高了47.8%和79.1%。从XRD和EDS分析结果可知,Al-20Si合金中加入Zr元素形成了Al4Si5Zr3合金相。由断口分析可知,添加Zr形成的Al4Si5Zr3相使合金颗粒弥散并形成了钉扎强化,从而使其力学性能得到显著提升。

Ni对过共晶Al-20Si合金力学性能及摩擦磨损性能的影响

研究在过共晶Al-20Si合金中添加不同质量分数的Ni,并进行复合变质处理和T6热处理,利用金相显微镜观察合金的微观组织形貌,并对合金进行强度和硬度测试。进行干摩擦磨损试验,测量磨损量,研究合金微观组织形貌变化对合金力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,随着Ni在合金中的含量增加,合金中的初晶硅形貌圆钝、尺寸减小,共晶硅呈颗粒状;合金的硬度和拉伸强度增加,摩擦系数减小,耐磨性能提高;摩擦磨损机制由磨粒磨损和黏着磨损转变为较轻的磨粒磨损和氧化磨损。

Mg含量对Al-20Si合金显微组织及力学性能的影响

通过光学显微镜、力学万能试验机、X射线衍射仪和扫描电镜分析了Mg含量对Al-20Si铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:合金中主要有α-Al、共晶硅、初生硅和Mg2Si等相存在,随着Mg含量的增加初生硅数量逐渐减少,并且变得细小;抗拉强度逐渐增加,而伸长率呈先下降后上升的趋势,硬度与伸长率的变化趋势相反。

汽车用Al-20Si合金的变质处理与合金化试验研究

试验研究单独添加P和复合添加P+Er对Al-20Si合金的变质作用并优化出最佳添加量,在此基础上考察了Cu和Ni对Al-20Si合金室温和300℃高温强度的影响.结果表明:未添加P变质处理的合金中的初晶Si主要呈粗大块状或星状,棱角较为尖锐且分布不均匀,P变质处理的后合金中初晶Si的形貌逐渐转变为颗粒状,尺寸变小的同时均匀度增加;复合添加P+Er变质处理的合金中初晶Si形态变化不大,而共晶Si尺寸明显减小,w(P)=0.04%、w(Er)=0.06%复合变质处理Al-20Si合金可以得到最佳变质效果;在Cu含量不变前提下增加Ni含量或者Ni含量不变前提下增加Cu含量,都可以提升Al-20Si合金的室温强度和300℃高温抗拉强度,且Ni元素对提高300℃高温抗拉强度更加显著,Al-20Si合金中Cu和Ni适宜的添加量都为l.6%(质量分数).

粉末特性对激光选区熔化过共晶Al-20Si合金微观组织和性能的影响

过共晶Al-20Si合金因具有轻质、低的热膨胀系数、较好的耐磨性和优异的综合力学性能等在航空、航天以及电子等领域获得广泛应用。文中采用激光选区熔化技术,研究粉末特性对过共晶Al-20Si合金微观组织和性能的影响。研究发现,激光选区熔化不同粉末特性Al-20Si合金微观组织均由热影响区和基体区组成。但是混合粉末凝固时由于激光作用时间较短,纯粉末未发生完全的合金化,导致凝固后组织内部存在大量孔隙等缺陷。混合粉凝固后组织主要由粗大的不规则初晶硅颗粒和短棒状与颗粒状的共晶硅相组成。激光选区熔化后雾化粉样品存在少量的不规则初晶硅颗粒,共晶硅相主要呈现纤维状和颗粒状。XRD分析表明,与混合粉相比,雾化粉合金具有相对高的固溶度和致密度,因此导致其具有高的硬度值,且硬度值分布比较均匀。