不同固溶处理对亚共晶Al-Si合金组织和性能的影响

铸态的亚共晶Al-Si合金中,粗大的α-Al晶粒和针片状共晶Si是造成其性能降低的主要原因。通过对Al-Ti-La和Nd细化变质后的Al-7Si合金进行了不同条件的固溶处理,研究了不同固溶温度和时间对其微观组织及性能的影响。结果表明:铸态Al-7Si合金随着固溶温度的升高,二次枝晶臂间距(SDAS)逐渐增大,共晶Si尺寸逐渐减小,并且共晶Si由长条状和纤维状向短棒状转变。随着固溶时间的延长,共晶Si的演变过程为:长条状→短棒状→粒状→粗化长大。当固溶温度为535℃、固溶时间为3 h时,合金的显微硬度为62.5 HV,相比于铸态提升了10.5%,极限抗拉强度(UTS)和断裂延伸率(El)由铸态的170.2 MPa和11.1%提升至174.0 MPa和13.1%,分别提升2.2%和18.0%,断口的解理平台小且出现大面积韧窝,由脆性断裂转变为韧性断裂。

交流电磁场对Al-7%Si亚共晶合金凝固组织的影响

研究了在交流磁场下凝固的Al-7%Si合金晶内Si溶质元素含量及凝固组织的变化。实验结果表明:与未施加磁场的试样相比,整个凝固过程施加交流磁场,Al-7%Si合金Si在晶粒内部的含量增加,仅在凝固前期施加交流磁场的样品中,晶内Si含量差别不大。此外,在固相线温度以上(680、630、600℃)开始施加交流磁场,初生α-Al为蔷薇状,在固相线以下开始施加交流磁场,初生α-Al为树枝状。

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。

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。

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。

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。

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。

冷却速率和Er-Zr含量对Al-7Si-0.3Mg合金共晶组织的变质作用

采用复合添加Er、Zr元素变质处理了Al-7Si-0.3Mg合金,通过控制冷却速率和Er、Zr元素添加量来变质合金中粗大的针片状共晶硅相。采用金相观察、扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射及能谱分析等测试分析手段研究了Er、Zr元素对Al-7Si-0.3Mg合金中共晶硅相的变质作用,并探讨了Er、Zr复合变质机理。结果表明,当添加0.15wt%Er和0.15wt%Zr时,合金中的共晶硅相得到明显细化,不同的冷却速率也能显著改变共晶硅相形貌。当冷却速率为250～300℃/s并添加0.25wt%Er和0.25wt%Zr时,合金中共晶硅相变质为细小的纤维状。

变质处理及亚快速凝固对Al-7Si合金组织的影响

通过改变冷却速度及变质处理变质剂的含量对比研究变质处理及亚快速凝固对Al-7Si合金组织的影响。结果表明,亚快速凝固状态下的Al-7Si合金组织得到细化;亚快速凝固条件下,0.02%Sr变质处理效果最佳。

铸造Al-7Si-2.5Cu-0.5Mg合金的固溶处理温度研究

通过相图计算、示差热(DSC)分析,结合显微组织观察方法对Al-7Si-2.5Cu-0.5Mg合金的固溶处理温度进行了研究。结果表明:非平衡凝固Al-7Si-2.5Cu-0.5Mg合金在505℃左右发生共晶组织转变,而平衡凝固合金在520℃附近发生共晶转变;500℃、3h的初始固溶处理可使铸态合金中的低熔点共晶物完全溶入铝基体,此时合金的熔点为540℃。

微量AlFeCuTi多元合金对Al-7Si合金微观组织及其力学性能的影响

采用真空电弧熔炼炉制备了AlFeCuTi多元合金(原子比为1∶1∶1∶1),研究AlFeCuTi中间合金添加含量(0.3%和0.5%,质量分数)对Al-7Si合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:当Al-7Si合金中添加0.3%的AlFeCuTi多元合金时,初生α-Al从粗大的树枝晶被细化为细小的等轴枝晶,其平均晶粒尺寸从218μm减小到53.6μm;二次枝晶臂间距(SDAS)从25μm减小到8.2μm;共晶Si组织从粗大的针片状被变质为细小的粒状和短片状,其平均长度从34.8μm减小到8.9μm,平均宽度从4μm减小到0.85μm。然而,进一步增加AlFeCuTi中间合金的添加量到0.5%时,α-Al和共晶Si组织没有进一步被细化,反而出现了粗化现象,但是比未变质组织要细小。拉伸测试结果表明:当Al-7Si合金中添加0.3%的AlFeCuTi中间合金时,抗拉强度(σ_b)和延伸率(δ)由未变质前的162 MPa和3%分别提高到190 MPa和6.5%。然而,当AlFeCuTi中间合金的添加含量增加到0.5%时,由于过变质现象的产生,导致合金力学性能下降。

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。

交流磁场致Al-Fe亚共晶合金熔体热电势变化的研究

研究了不同温度、不同励磁电流、不同磁场频率和不同加载时间条件下,交流磁场对Al-0.99%Fe(质量分数)亚共晶合金熔体热电势差(U)和熔体微观结构的影响。结果表明:交流磁场加载过程中,Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体的U逐渐减小,交流磁场撤除后,减小的U经历了快速恢复和缓慢恢复过程。不同温度下,交流磁场对Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体U的影响程度不同;随着磁场频率的增大,交流磁场对Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体U的影响逐渐减小;随着励磁电流和加载时间的增大,交流磁场对Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体U的影响逐渐增大,但存在一个饱和加载时间。交流磁场导致Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体的U变化与合金熔体淬火凝固组织中初生a-Al相尺寸变化之间存在相关性,因而可以用U的变化来表征交流磁场对Al-0.99%Fe亚共晶合金熔体微观结构的影响。

熔体过热处理对亚共晶Al-10Mg2Si合金磨损性能的影响

对亚共晶Al-10Mg2Si合金进行熔体过热处理,通过削-盘式摩擦磨损试验研究了显微组织对亚共晶Al-10Mg2Si合金磨损性能的影响。结果表明,熔体过热处理后,初生α-Al相转变为近球状等轴晶,Mg2Si相呈纤维状和短杆状均匀分布,且其二次枝晶间距降低了58%,硬度提高了13.5%,同时其磨损速率降低了16.49%。磨屑由合金未经熔体过热处理的推碾薄片状与卷曲状转变为小块粉末状,剥落区面积减小,剥落坑、犁沟和挤压沟槽均变浅。磨损机制由粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损共存转化为以剥层磨损为主,粘着磨损与部分氧化磨损共存的形式,说明熔体过热处理改善了合金的磨损性能。

微量稀土钇对Al-7Si-0.3Mg铸造合金的强化及共晶转变温度的影响

采用拉伸实验,硬度测试,微观组织OM及SEM(+EDS)分析,XRD,DSC等方法,研究了微量钇(质量分数分别为0.025%、0.05%、0.075%、0.1%)以及T6处理对铸造Al-7Si-0.3Mg合金的组织性能及其共晶转变温度的影响。结果表明,钇微合金化后的Al-7Si-0.3Mg合金的屈服强度(YS)、抗拉强度(UTS)和延伸率(El)均有所提高,以0.05%Y含量的综合性能最佳。结合微观组织分析表明,强化相主要为Si相和Mg_(2)Si相,且Mg_(2)Si往往伴随着Si相存在。微含量的钇使α_(Al)+β_(Si)→Liquid反应温度下降(分别下降1.1、2.0、1.4、2.2℃),且使α_(Al)→Liquid反应温度有所提高;适量的钇促进α-Al异质形核基底的形成,且与β_(Si)和Mg_(2)Si等形成多元相,提高凝固时的过冷度。

Al-7Si合金定向凝固下共晶生长行为研究

研究了未变质及Sr变质Al-7Si合金定向凝固下的共晶生长行为。未变质Al-7Si合金中的共晶Si组织随着定向凝固生长速度增加呈现不同的形貌,低生长速度(R=2μm/s)下,同一中心辐射的板片状共晶Si交织成"星状"形貌,中等生长速度(R=20μm/s)时,层片状共晶Si呈"小麦束"交织形貌,而高速淬火时,淬火纤维态共晶Si构成"珊瑚状"形貌,此3种不同生长速度下的不同形貌对应有不同的共晶Si生长和分枝机制;Sr变质后,细化的共晶Si呈"珊瑚状"形貌,这可能是"杂质促发孪晶机制"和{111};面的光滑生长向粗糙生长转变共同作用的结果。