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。

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。

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%.

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%。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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.

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%。