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Al-20Si变质与等温处理组织演变关系研究

作　者: 周鹏飞
导　师: 阎峰云
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Al-20Si 机理变质处理等温处理触变压铸
分类号: TG146.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文以Al-20Si作为基体合金，研究了单一变质和复合变质对Al-20Si组织的影响，着重分析了不同变质机理；同时对单一变质和复合变质的Al-20Si进行了等温处理，分析了经等温处理的Al-20Si组织的演变特点，实验结果表明：经过变质等温处理后的初晶硅尺寸变质不大，但其棱角明显变钝；共晶硅向短杆状变化。还做了部分压铸实验，分析了压射速度对复合变质Al-20Si半固态成形的组织和性能的影响。研究结果表明：加入4%CuP10单一变质时，效果最佳，当CuP10加入量增多时，初晶硅反而变大，是由于AlP异质核心增多，而熔体尚未完全冷却到共晶温度点，硅原子不断往一次初晶硅和二次初晶硅上聚集，当长到一定程度时，相邻的两个或多个初晶硅之间发生合并，初晶硅合并后其尺寸较没合并前要大到两到三倍，如果熔体温度过高，冷却比较慢，其尺寸还会进一步增大；当Sr变质时，加入1.5%AlSr13时的变质效果达到最佳，共晶硅同样呈点状分布，初晶硅也相对均匀的分布在基体上，同时α-Al枝晶也比较细小且弥散分布在基体上，Sr的加入促使柱状a枝晶形成的根本原因是Sr的加入改变了合金本身的性质，引起固液界面能降低；总体而言，RE对共晶硅的变质效果不如Sr的变质效果好，但Sr的加入会造成汉字状初晶硅的产生，而相对来说RE变质出现汉字状初晶硅的趋势较小；稀土化合物形成的过程中要吸收消耗周围的硅原子，在硅相的生长前沿形成贫硅区，能有效阻碍硅相的长大；P和Sr复合变质加入顺序不同对过共晶铝硅合金的变质作用相差较大。当先加Sr后加P复合变质时，初晶硅的变质效果较P变质时更好，而对共晶硅的细化作用不明显；先加P后加Sr复合变质时，共晶硅的细化变质效果较Sr变质时更加明显，而对初晶硅的细化作用不大。复合变质剂配比为W(4%CuP10)+W(10%AlRE10)时，复合变质取得最好的变质效果，此时，初晶硅由粗大的多边形块状转变为钝化角状及块状，形状也得较变质前更为规则，并且分布更为均匀，平均尺寸由90μm细化到20μm;共晶硅由长的粗针状转变为短棒状或颗粒状，平均尺寸由18μm细化到4μm。在Sr-RE复合变质Al–20Si中可以看出，Sr对初晶硅的裂解作用随着RE含量的增多而明显减小，这可能是稀土的加入与锶发生一定作用，减缓了锶对初晶硅的裂解，减小了汉字状初晶硅出现的几率。当加入4%CuP10+1%AlSr13+15%AlRE10时变质效果是比较好的，就其原因是在先后加入CuP10和AlRE10对过共晶Al–20Si合金进行变质后得到细化的初晶硅和共晶硅，而后加入AlSr13，由于Sr对初晶硅存在裂解作用使其通过裂解初晶硅，更加细化初晶硅。在半固态触变压铸时，随着压射速度的增加，抗拉强度不断提高；当压射速度为5m/s时，抗拉强度达218MPa。但压射速度进一步提高时，抗拉强度又呈递减趋势。随着压射速度的增大硬度有先下降后增大的趋势。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-22
  1.1 过共晶铝硅合金概述  11-13
    1.1.1 过共晶铝硅合金国内外研究进展与前景  11
    1.1.2 过共晶铝硅合金的特点及应用  11-12
    1.1.3 过共晶铝硅合金存在的问题  12-13
  1.2 过共晶铝硅合金硅相的细化处理研究现状  13-20
    1.2.1 初晶硅的细化方法  13-16
    1.2.2 共晶硅的细化方法  16
    1.2.3 变质机理  16-19
    1.2.4 半固态等温处理  19-20
  1.3 本论文研究内容及意义  20-22
    1.3.1 研究内容  20
    1.3.2 课题意义  20-22
第2章 P、Sr、RE 单一变质对 Al-20Si 组织的影响  22-36
  2.1 实验方案  22-23
    2.1.1 实验材料及设备  22
    2.1.2 合金熔炼及浇注  22
    2.1.3 试样制备及检测  22-23
  2.2 实验结果与分析  23-34
    2.2.1 CuP10 变质对 Al-20Si 组织的影响  23-26
    2.2.2 AlSr13 变质对 Al-20Si 组织的影响  26-30
    2.2.3 单一稀土变质对 Al-20Si 组织的影响  30-34
  2.3 本章小结  34-36
第3章 P、Sr、RE 复合变质对 Al-20Si 组织的影响  36-50
  3.1 实验过程与方案  36-37
    3.1.1 二重复合变质实验  36
    3.1.2 三重复合变质实验  36-37
  3.2 实验结果与分析  37-49
    3.2.1 P-Sr 复合变质对 Al-20Si 组织的影响  37-39
    3.2.2 P-RE 复合变质对 Al-20Si 组织的影响  39-43
    3.2.3 Sr-RE 复合变质对 Al-20Si 组织的影响  43-44
    3.2.4. P-Sr-RE 三元复合变质 Al-20Si 组织的影响  44-49
  3.3 本章小结  49-50
第4章等温处理对变质 Al-20Si 组织演变的影响  50-61
  4.1 实验过程与方案  50
    4.1.1 等温处理实验  50
  4.2 实验结果与分析  50-60
    4.2.2 等温处理对 AlSr13 变质的 Al-20Si 组织演变的影响  53-55
    4.2.3 等温处理对 AlRE10 变质的 Al-20Si 组织演变的影响  55-57
    4.2.4 等温处理对三元复合变质的 Al-20Si 组织演变的影响  57-58
    4.2.5 等温处理组织演变机理分析  58-60
  4.3 本章小结  60-61
第5章半固态压铸对复合变质 Al-20Si 组织和性能的影响  61-70
  5.1 实验过程与方案  61-63
    5.1.1 实验设备  61-62
    5.1.2 触变压铸实验  62-63
    5.1.3 力学性能检测  63
  5.2 实验结果与分析  63-68
    5.2.1 不同压射速度对复合变质组织形貌和性能的影响  63-66
    5.2.2 不同压射速度对合金断口形貌的影响  66-68
    5.2.3 本实验压铸效果分析  68
  5.3 本章小结  68-70
结论与展望  70-72
参考文献  72-79
致谢  79-80
附录 A 攻读学位期间所发表的论文目录  80

Al-20Si变质与等温处理组织演变关系研究

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