富铈混合稀土对Al-80%Si合金凝固行为和组织的影响

采用高速摄影仪和扫描电子显微镜研究富铈混合稀土(RE)加入量对Al-80%Si(质量分数)合金悬浮试样凝固行为和凝固组织的影响规律。结果表明:Al-80%Si合金中初生硅的生长特性、晶粒尺寸和分布受过冷度影响明显;随着RE加入量的增加,Al-80%Si合金中初生硅由小平面生长向中间生长方式转变所需的临界过冷度ΔT1以及由中间生长向非小平面生长方式转变所需的临界过冷度ΔT2均越来越低;当RE加入量达到1.5%(质量分数)时,ΔT1和ΔT2分别降至最低值78和180 K;继续增加RE的加入量,ΔT1和ΔT2不发生变化。在同一临界过冷度ΔT2下,随RE加入量的增加,初生硅的尺寸从40μm减小到20μm。

熔体热历史对Al-80%Si合金凝固特性的影响

为了研究熔体热历史对Al-80%Si合金凝固特性的影响,采用高速摄影仪和扫描电镜分别对Al-80%Si合金熔体在不同过热温度与保温时间下初生硅结晶过程进行了动态观测,获得了初生硅结晶形貌与过热温度和保温时间的关系.研究结果表明:随过热温度的升高和保温时间的延长,Al-80%Si合金凝固时过冷度增大,初生硅小平面生长方式减弱.在2min保温时间下过热温度超过100K或在50K过热温度下保温时间超过5min时,初生硅形态由粗大的长条多面体变为均匀细小的等轴多面体.说明熔体热历史可以有效地细化Al-80%Si合金中的初生硅.

电脉冲作用下Al-22%Si合金凝固组织的变化机制

研究了在过热Al-22%Si合金熔体中施加电脉冲对其凝固组织的影响,考察了电脉冲频率、作用时间对初生相形态的影响规律。结果表明,经电脉冲孕育的合金凝固组织明显细化,初生硅相由花瓣状向块状转变;示差扫描量热法(DSC)曲线发生变化,初生相凝固点下降了16.78℃,反应焓值降低了4.1J/kg。理论分析表明外场作用下铝硅合金熔体中的大尺度硅团簇发生裂解,从而提高了熔体均匀程度。

不同Sr添加量对Al-20%Si合金组织和性能的影响

研究了Sr对Al—20％Si合金组织和力学性能的影响。结果表明，随着Sr量的增加，初晶硅先由角块状或大板片状变为小块状再到多角的大块状，板片上出现大量蜂窝点，块状初晶硅角边发生钝化；共晶硅先由长针叶状变为细短纤维状或枝状再变为粗短枝状或蠕虫状；α枝晶不断柱状化，数量不断增多。另外，随Sr量的增加，合金伸长率逐渐增大，但有起伏，抗拉强度先急剧增加后变化不大，硬度呈抛物线变化。Sr量在0．04％～0．06％间，组织形貌最为理想，综合力学性能最优，强度和硬度增加2倍多，塑性增加近4倍。

过共晶Al-18%Si合金受控扩散凝固组织与行为

采用受控扩散凝固(CDS)技术制备过共晶Al-18%Si合金,研究其凝固组织随低温母合金温度变化的演变规律和凝固行为本质。结果表明:受控扩散凝固能抑制初生硅相的过度各向异性生长,有效改善合金凝固组织结构。采用适当温度的Al-25%Si合金(800℃)和纯Al(580℃)混合进行受控扩散凝固时,凝固组织中初生硅相分布均匀,无宏观偏析,且其平均尺寸达到42.85μm。当纯Al温度偏低时,凝固组织中初生硅相偏聚严重;当纯Al温度较高时,凝固组织中初生硅相尺寸偏大。分析表明:在受控扩散凝固过程中,固-液界面前沿形成了较小的"成分过冷",初生硅相在过冷区内趋于平界面生长。溶质原子扩散距离的平方与平衡温度成对数关系,温度愈高,扩散愈充分,宏观偏析愈少。

振动频率对间接超声辅助铸造Al-24%Si合金的影响

采用间接超声振动辅助铸造法制备Al-24%Si合金(质量分数),利用金相显微镜、电子万能试验机、磨损试验机、扫描电镜和显微硬度计分别研究超声波频率对合金的显微组织、抗压强度、磨损性能和显微硬度的影响。结果表明:施加20.4 kHz的超声处理对合金中初晶硅和共晶硅的细化作用最佳,初晶硅平均尺寸为100μm,共晶硅平均尺寸为40μm;随着超声频率的增大,合金抗压强度先增大后减小,磨损率先减小后增大;磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损;合金的显微硬度先增大后减小,与合金中硅相尺寸呈负相关关系。

热处理对喷射沉积Al-27%Si合金显微组织及力学性能的影响

采用喷射沉积和热挤压致密化相结合的方法制备Al-27%Si合金,研究热处理对合金的组织及性能的影响。利用金相显微镜、扫描电镜和MTS-858型疲劳试验机等手段对Al-27%Si合金喷射沉积挤压态和热处理态的显微组织和力学性能进行观察与测试。结果表明:喷射沉积Al-27%Si合金组织细小均匀,初晶Si均匀弥散地分布在连续Al基体中,无针状共晶硅存在;采用合理的热挤压致密化工艺可以显著消除材料中的孔隙,致密度达到99.5%;热处理能够进一步改善材料的组织,但会降低材料的屈服强度。

Bi对Al-18%Si合金微观组织与力学性能的影响

研究不同的Bi含量对过共晶Al-18%Si合金微观组织与力学性能的影响。试验表明,Al-18%Si-x%Bi(x=1,2,3,4,5)合金中,大部分Bi在基体中以小颗粒状弥散均匀分布,局部出现Bi的聚集;同时,Bi的加入对合金中的共晶硅起到一定的细化作用;随着Bi含量的增加,共晶硅组织由粗大针片状变成短杆状,当Bi含量达到3%时,共晶硅转变为均匀分布于基体的蠕点状,当Bi含量为4%或5%时,共晶硅没有进一步的细化。另外,力学性能和摩擦试验研究发现:Al-18%Si-3%Bi合金的抗拉强度由Al-18%Si合金的168 MPa提高为189 MPa,摩擦系数由0.437 2降为0.387 9,磨损量仅为不含Bi的20%。

混合稀土、磷、锶对Al-24%Si活塞合金的变质处理

采用混合稀土(RE)、磷、锶对过共晶Al-24%Si活塞合金进行单一、二元、三元变质处理,得到了变质效果优良的P+RE+Sr三元复合变质剂。结果表明,在P+RE+Sr三元复合变质的条件下,合金中初晶硅的尺寸仅10～15μm,呈团球化均匀分布;共晶硅尺寸细小,呈蠕球杆状均匀弥散分布;Al-24%Si活塞合金的强度、硬度、耐磨性和热膨胀系数等力学、物理性能均能够满足活塞在高温、高压、高速工况下对合金使用性能的要求。

喷射沉积Al-27%Si合金的半固态挤压成形

研究喷射沉积 Al-27%Si 合金的半固态挤压成形工艺及其对合金组织与性能的影响。结果表明：喷射沉积Al-27%Si合金在600℃下二次加热10-12 min后，合金液相体积分数适中，Si相尺寸相对细小，形貌为近球形，适合于半固态成形。经600℃二次加热10-12 min后，进行半固态挤压能消除喷射沉积合金中的孔隙，Si相比挤压前更加均匀细小，挤压棒材具有良好的表面质量和均匀的微观组织。经600℃二次加热12 min后，半固态挤压的合金可达到最高的相对密度（99.5%）、抗拉强度（195 MPa）和伸长率（6.7%）。

稀土和磷复合变质对Al-21%Si合金组织和耐磨性的影响

以过共晶Al-21%Si合金为研究对象,分析磷、稀土复合变质对合金组织和磨损性能的影响,并对其磨损机理进行了探讨。结果表明:复合变质后粗大块状、条状的初晶硅尺寸明显细化,粗大针状的共晶硅变为短杆状或颗粒状。P、RE对初晶硅均有细化作用,P的细化作用较强。当加入0.9%RE+0.08%P时初晶硅细化效果最佳,初晶硅从66.4μm细化到23.3μm;RE对共晶硅的变质作用较显著,稀土含量为0.6%时,共晶硅平均尺寸从8.3μm细化到5.2μm。磨损试验结果表明:合金的耐磨性不仅与初晶硅颗粒尺寸和分布有关,而且受基体中共晶硅形态影响,磷、稀土复合变质剂配比为0.06%P+0.6%RE时,耐磨性最好;其室温润滑磨损机理以磨粒磨损和粘着磨损为主;干摩擦高速磨损条件下,主要磨损形式为氧化磨损和粘着磨损。

Sr变质后Al-28%Si合金中Si相的生长行为

采用不同的腐蚀、萃取方法,研究Sr变质后Al-28%Si合金初生Si和共晶Si相的形貌变化。结果表明,变质后合金中初生Si金相组织呈鱼骨状,萃取后是由八面体堆垛形成的长条状聚集体。SEM分析显示,Sr元素在初生硅内部并未富集,Sr的加入影响了初生硅的形核,并未影响初生Si的生长过程;变质后共晶Si表现为细而短的纤维杆状组成的脊骨状结构,能谱分析显示在共晶Si生长前端存在Sr元素的富集。游离态Sr原子在Si相表面的吸附阻止了共晶Si相的片状生长,进而形成分枝细密的珊瑚状共晶Si,Sr的加入影响了共晶Si的生长过程。

Al-18%Si合金凝固组织与熔体状态的相关性

本文以直流四电极法探索了Al-18%Si合金在升温过程中熔体的电阻率-温度（-ρT）关系,根据在800~950℃及950~1050℃区间-ρT的异常行为分析认为,后者对应液-液结构转变,其间原先的Si原子团簇被打破,原子重新排列形成新的细小团簇,液体结构更加均匀,而前者则为预转变。依据上述信息采取不同温度分别进行熔体过热处理来探索其凝固组织的差别,结果发现,相对于常规熔炼温度,在高于熔体结构转变温度（1150℃）进行熔体过热处理,初晶硅明显细化,而在预转变状态进行熔体过热处理并不能明显改变凝固行为和组织。

过滤对高杂质含量的Al-12%Si合金组织和性能的影响

采用过滤器对电热法生产Al-30%Si粗合金配制的Al-12%Si合金进行了过滤除杂,研究了过滤对其微观组织及力学性能的影响。结果表明:该合金经过滤后能除去大部分Fe、Ca等杂质,使Fe相呈现出小块状或多面体状,球化趋势明显,消除了细长线状的Ca相,合金的力学性能得到明显改善,其抗拉强度已经接近纯Al配制合金。

熔体保温条件下超声波施振参数对Al-1%Si合金铸锭凝固组织的影响

以Al-1％Si合金为对象，分别使用两种不同功率的超声波发生器，在熔体保温的条件下通过改变两种不同的超声波施振参数（施振温度以及施振时间），研究了这两种参数对合金铸锭凝固组织的影响。结果表明，在保温条件下，以150W的超声渡发生器通过改变施振温度可以得到细小且分布均匀的等轴晶，最佳保温温度范围为684-654℃；另外，在684℃保温条件下，以2000W的超声波发生器通过改变施振时间也可以得到均匀分布的细小等轴晶组织，最佳施振时间为60s。在保温条件下，过高的施振温度以及过长的施振时间都会引起熔体内较大的热效应，使细小的晶核发生重熔，从而使得晶粒粗化。

超声波探针水平位置对Al-1.65%Si合金铸锭凝固组织的影响

通过使用Al-1.65%Si合金进行了一系列实验,研究了超声波探针水平位置变化对铸锭凝固组织的影响。探讨了超声波的晶粒细化机理。结果表明:在探针固定于水平方向不同位置的条件下,当探针位于铸型中心线浸入熔体时,得到的细等轴晶区最大,且呈对称分布;当探针的固定位置贴近铸型壁时,细等轴晶区向探针端面附近集中并缩减,柱状晶区进一步扩大;根据克劳修斯-克拉柏龙方程,细等轴晶是由于超声波引起压力脉冲而导致金属的熔点上升,生成稳定的固相而形成的。

半固态温度区电磁搅拌对Al-25%Si合金显微组织影响

在半固态温度区域对Al-25%Si合金施加电磁搅拌,从组织形貌上看,随搅拌时间的延长初晶Si的边角逐渐钝化;初晶Si的分布变得更均匀.搅拌时间为30min时,初晶Si微观形貌最圆整,分布最均匀.金属型抗拉试棒断口基本上为解理性断口,半固态铸造合金试棒断口中出现了较多的韧性断裂区带和韧窝.

镧铈混合稀土变质Al-28%Si活塞合金

采用镧铈型混合稀土对过共晶Al-28%Si活塞合金进行了变质处理,对其显微组织和力学性能进行了研究。结果表明:与单一稀土铈变质相比较,镧铈型混合稀土对该合金具有较好的变质效果,初晶硅的尺寸基本保持在20μm左右,且尖角大多钝化呈团球化状,共晶硅呈短杆状均匀分布;合金经过混合稀土变质后,晶界处产生复杂化合物组织起到了弥散强化作用,使其综合力学性能明显提高,尤其是高温强度的显著提高,已完全满足活塞合金在使用性能上对高温强度的要求。

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。

超声波对Al-1%Si合金铸锭力学性能的影响

以Al-1%Si合金为对象,研究了超声波处理对其力学性能的影响,包括抗拉强度、延伸率、硬度和冲击韧性。研究结果表明,合适的超声波处理时间可以大幅度提高合金的抗拉强度、延伸率、硬度和冲击韧性值。通过对试样宏观组织和微观断口的分析,说明超声波的空化作用及声流作用可以细化晶粒,使其凝固组织致密,从而提高了合金的力学性能。