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。

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。

Al-5Ti-xCe细化剂制备及对Al-7Si合金组织和冲击性能的改善

试验研究了铈含量对细化剂Al-5Ti-x Ce(x分别为0.3,0.6,0.9)微观组织的影响,以及细化剂Al-5Ti-x Ce对Al-7Si合金组织和冲击性能的影响。结果表明,稀土Ce加入到Al-5Ti合金后,合金基体中的Al3Ti的尺寸明显降低,Al3Ti形状由长条状转变为羽毛状,并随着稀土Ce添加量增加,Al3Ti尺寸进一步降低,当Ce的加入量(质量分数,下同)为0.6%时,Al3Ti尺寸降低至最小,当Ce的添加量增至0.9%时,Al3Ti尺寸不再细化;用不同Ce的添加量的Al-5Ti-x Ce细化剂细化Al-7Si合金,发现随着Al-5Ti-x Ce中Ce的添加量增加,Al-7Si合金中α-Al树枝晶逐渐细化,其中Al-5Ti-0.6Ce细化剂的细化效果最佳;随着Al-5Ti-x Ce中Ce的添加量增加,Al-7Si合金中粗片状的共晶硅逐渐变得细小,其冲击性能随Al-5Ti-x Ce细化剂中铈含量的增加而显著提升,当Al-5Ti-x Ce中Ce的添加量增加到0.9%时,冲击性能不再增加。

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。

热处理对B细化Al-7Si合金中α相形态及硬度的影响

研究了热处理温度和保温时间对B细化Al-7Si合金中的α相形态与硬度的影响,并确定了最佳热处理工艺。结果表明,在450℃下,随着保温时间由3h延长到12h,初生α相的形态由不规则的树枝晶向均匀的粒状等轴晶、再向蔷薇状组织转变,保温6h时晶粒形态最理想;在300～540℃之间保温8h时,随着温度的升高,初生α相逐渐由发达的树枝晶向蔷薇状枝晶和粒状晶转变;在400℃和450℃时,可得到尺寸较小、分布均匀的粒状初生α相;在450℃以上保温时,初生α相又开始向粗大、无规则形态演变。通过正交试验可知,最佳热处理工艺温度为(540±10)℃,保温6h。

等温热处理对B细化Al-7Si合金α相形态及性能的影响

研究了热处理温度和保温时间对B细化Al-7Si合金的α相形态与硬度的影响,并确定了最佳热处理工艺。结果表明:在450℃,当保温时间由3 h延长到12 h,初生α相的形态由不规则的枝晶向均匀的粒状等轴晶再向蔷薇状组织转变,保温6 h时晶粒形态最理想;在300～540℃保温8 h时,随温度的升高,初生α相逐渐由发达的树枝晶向蔷薇状枝晶和粒状晶转变,在400℃和450℃时,可得到尺寸较小、分布均匀的粒状初生α相,在450℃以上保温时,初生α相又开始向粗大、无规则形态演变。通过正交试验可知,最佳热处理工艺是(540±10)℃×6 h。

B和Ti细化变质Al-7Si合金磨削加工性能研究

采用高精度数控卧轴矩台平面磨床、粗糙度轮廓仪和Kistler测力仪进行磨削加工试验,研究了B和Ti细化变质Al-7Si合金磨削加工性能。结果表明:在相同的磨削参数下,B和Ti细化变质Al-7Si合金磨削力比未细化变质合金磨削力大,磨削表面粗糙度比未细化变质合金表面粗糙度小;随着磨削深度从4μm增至20μm,磨削力和表面粗糙度整体上均呈现增加的趋势;随着工件移动速度从2m/min增至10m/min,磨削力和表面粗糙度也增大;细化变质处理后合金磨削表面沟痕相对较浅,分布均匀,表面缺陷少。细化变质处理可以明显改善Al-7Si合金的磨削加工性能。

Al-7Si合金枝晶和非枝晶组织演变的计算机模拟

采用改进的Cellular Automation(MCA)模型研究了Al-7Si合金在凝固过程中枝晶和非枝晶状组织的演变.该MCA模型不仅包含了传统CA模型中有关非均质形核和晶核的择优生长方向的随机性概念,还考虑了液、固界面的曲率,溶质再分配以及溶质在固、液两相中的扩散,采用有限体积法计算浓度场.用MCA模型的数值模拟方法研究了浇注温度和冷却速度对初生相生长形貌的影响.并将模拟结果与试验结果进行了对比.

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。

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。

Al-3.5Cu-7Si合金拉伸断裂行为研究

观察了Al 3 5Cu 7Si合金拉伸断裂试样横截面的断裂路径 ,并结合力学性能试验对该合金的断裂行为进行了研究 ,总结了该合金中各种相的数量及形态对力学性能的影响。结果表明 ,除了高铸造气孔率明显降低该合金力学性能外 ,针状的硅相及由杂质铁产生的针状铁相 (FeSiAl5)是导致Al 3 5Cu 7Si合金力学性能下降的主要因素。固溶处理温度偏高造成的局部熔化微区会严重损害其力学性能 ,而少量未溶解块状θ相 (CuAl2 )对其力学性能无显著影响。

KBF_4去除Al-7Si合金中Fe相杂质及对组织的影响

通过热力学计算和分析添加KBF_4去除Al-Si合金中杂质Fe相的可行性,并利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪和XRD等,研究了Al-7Si合金中添加KBF_4后合金组织形貌和析出的沉淀相。结果表明,熔炼温度为1 013K,加入精炼剂除气除渣,再加入1.6%的KBF_4,保温30min后静置沉淀,Fe含量从1%下降到0.68%。XRD分析经过沉淀后的试样底部组织,发现生成了Fe_2B与AlB_2。KBF_4对铝合金除Fe的同时又能起到细化铝合金晶粒尺寸的作用。

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。

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在传统纯物质相场模型的基础上 ,对其中的体系自由能进行重新构造 ,得到一个紧密联系相图且综合考虑了传热、溶质扩散、界面能各向异性和界面动力学各向异性等适用于二元合金枝晶生长的新相场模型 ,并利用该模型结合一种能显著提高计算效率的“临界面点相场大梯度计算域控制法” ,对Al 7Si合金在初始过冷度分别为 3 5K和 5 0K的过冷熔体中等轴枝晶生长进行了模拟 ,得到许多与试验观察相符合的结果 ;同时在枝晶生长过程中跟踪枝晶主轴尖端 ,获得其尖端半径和尖端速率 ,发现随着凝固时间的增加 ,逐渐收敛 ,直到枝晶达到稳定生长 ,而且通过简化KGT模型计算的枝晶尖端的生长速率与模拟值相近。另外 。

Ba对亚共晶铝硅合金微观组织与力学性能的影响

通过光学显微镜、拉伸试验等分析测试方法,研究了Ba对Al-7Si合金微观组织、力学性能的影响。结果表明,Ba可以使共晶硅形貌由粗大的片状转变为短棒状或者细小的颗粒状,当Ba含量为0.15wt.%时,变质效果最好,共晶硅转变为纤维状或者细小的颗粒状,Ba含量继续增加,Si颗粒粗化并且变成短棒状。合金的抗拉强度和延伸率随着Ba含量的增加呈现先增加后降低的趋势,当Ba含量为0.15wt.%,合金的抗拉强度和延伸率达到峰值,分别为184.4 MPa和15.1%。

内冷式机械搅拌法制备半固态铝合金的研究

采用内冷式搅拌法制备了Al-7Si半固态浆料,研究在不同熔体搅拌初始温度、搅拌头质量占比、搅拌速率、取样温度下合金半固态组织的变化,以及对初生α-Al平均晶粒尺寸和形状因子的影响,分析了内冷式搅拌生成细小近球形组织的机理。结果表明,在熔体搅拌初始温度为625℃,搅拌头质量为5%,搅拌速率为1 200r/min,取样温度为600℃时,能够制备出初生α-Al晶粒细小圆整的半固态浆料,其平均晶粒尺寸和形状因子分别可以达到64.21μm和0.649 0。