Al-20％Si合金初生硅宏观偏聚和细化的试验研究

Sep．2013V01．62N0．9铸造FOUNDRY·865·一·、●■●̂^’、●·●̂u■，■̂·；应用技术{、●̂‘r●、●_，̂■～’"■～‘●_^一一Al一2O％Si合金初生硅宏观偏聚和细化的试验研究贾海龙，张海涛，左克生，何立子，崔建忠(东北大学材料电磁过程教育部重点实验室，辽宁沈阳110819)摘要：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A1—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A1—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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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 手机海报尺寸公章尺寸朋友圈海报尺寸停车场尺寸印章尺寸 小于20ixm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~C／s。关键词：A1—20％Si合金；初生硅；宏观偏聚；细化中图分类号：TG292文献标识码：A文章编号：1001—4977(2013)09—0865—06ExperimentalStudyonMacro—SegregationandRefinementOfPrimarySiinAI一20％SiAloyJIAHai-long，ZHANGHai-tao，ZUOKe—sheng，HELi-zi，CUIJian—zhong(KeyLaboratoryofElectromagneticProcessingofMaterialsofMinistryofEducation，NortheasternUniversity，Shenyang110819，Liaoning，China)Abstract：Theeffectsofmodifiersandpouringtemperatureonmacro—segregationandmodificationofprimarySiinA1．20％Sjalloyunderdifferentcoolingratewasinvestigatedwithwedge．shapedmouldmeanwhiletheeffectsofPandcombinedadditionofPandCronAl一20％SiwerealsostudiedinthisPaper．Theresultsshowthattheoptimalpouringtemperatureis850℃．SegregationofprimarySicouldbeinhibitedwiththeadditionofmodifiers．SegregationofprimarySiwiththeadditionofCrimprovedsignificantly,SOisthatofcombinedadditionofPandCr,andtheva1lbeterthanthatwiththeadditionofP．TheprimarySipanicleswerewelmodifiedbyCr,PorcombinedadditionofPandCr，butPhasabettermodificationeffectthanCr．CombinedadditionofPandCrimprovesthePmodificationeffectandsubstantiallyinhabitsthesegregationofprimarySi．TheeffectofrefinementofprimarysiliconiSenhancedwiththeincreasingrateofcooling．enthecoolingrateisinacertaininterva1．thesizeoftheprimarysiliconofmodifiedAl—Sialloyisnotsensitivetochangesofcoolingrate．Therefore，thebestprocessconditionaccesstolessmacro—segregation,goodmorphology,sizeofprimarysiliconlessthan20p．misusingP—Cr,pouringat850℃andwiththecoolingratebeyond10℃／s．Keywords：A120％Sialloy；primarySi；macro．segregation；refinement随着社会的发展，能源、环境、安全等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 Et益被人们所重视，研发新型材料，减少材料自身的重量，提高效率是解决问题的重要 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。由于过共晶铝硅合金比重小、热膨胀系数小、耐磨性和热稳定性好，因而将这种材料作为汽车用缸套材料具有很好的发展前景。但过共晶铝硅合金的微观组织中通常存在较粗大初生硅，严重地割裂了合金基体[”，易引起局部应力集中[2]，明显降低了合金的力学性能。一般认为，当初生硅尺寸小于20Ixm，才能满足材料的强度及切削加工性能，初生硅粗大及偏聚问题一直制约着这类合金的生产和应用。因此，改变初生硅的宏观偏聚、大小和形态，是提高过共晶铝硅合金广泛应用的有效途径。为了抑制过共晶铝硅合金中初生硅的宏观偏聚，研究者们采用了各种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，如快凝技术[3]、机械搅拌[41、电磁搅拌[5]等，虽然都有一定效果，但由于生产规模、生产效率和生产工艺等条件的限制，在国内还不能投入工业化的应用。变质处理可以改善过共晶铝硅合金中初生硅的形貌和大．／]N[6-81，研究者们对过共晶铝硅合基金项目：国家自然科学基金资助项目(51204046)；教育部项目基本科研业务费项目国家项目培育种子基金(NI10408007)。收稿日期：2013一O4-23收到初稿，2013-06—15收到修订稿。作者简介：贾海龙(1988一)，男，硕士，主要从事金属材料的组织和性能研究。E—mail：fxjh1．cool@163．tom通讯作者：张海涛(1978一)，男，博士，讲师，E—mail：haitao_zhang@epm．neu．edu．ca铸造贾海龙等：AI一20％Si合金初生硅宏观偏聚和细化的试验研究·869·端不同位置的金相照片。由图7可以看出，随着冷却速度的增加，过共晶铝硅合金凝固组织中初生硅尺寸减小，当冷却速率缓慢时，初生硅呈长条状，然而在快速冷却条件下，初生硅的形状有由长条状转变为多角状变化的趋势。图8显示了冷却速率与初生硅等积圆直径关系。由图8可以看出，P变质后，当冷却速率小于11℃／s时，初生硅平均尺寸大于14Ixm，初生硅平均尺寸对冷却速率的变化敏感；当冷却速率在11～26℃／s时，初生硅平均尺寸对冷却速率的变化不敏感，大致在12Ixm左右；当冷却速率大于4O℃／s时，初生硅平均尺寸小于l0m，随着冷却速率的增加，初生硅颗粒尺寸逐渐减小，对冷却速率的变化敏感。冷却速率，(℃·s)图8850℃浇注，冷却速率与初生硅大小关系曲线Fig．8TheaveragesizeofprimarySiasafunctionofcoolingrateformodifiedA1—20％Sialloyspouredat850℃Cr变质后，当冷却速率小于10℃／s时，初生硅平均尺寸大于26u1TI，初生硅平均尺寸对冷却速率的变化敏感；当冷却速率在10~26℃／s时，初生硅平均尺寸对冷却速率的变化不敏感，大致在24m左右；当冷却速率大于45~C／s时，初生硅平均尺寸小于20Ixm，随着冷却速率的增加，初生硅颗粒尺寸逐渐减小，对冷却速率的变化敏感。P．Cr变质后，当冷却速率小于10℃／sHe，初生硅平均尺寸大于20Ixm，初生硅平均尺寸对冷却速率的变化敏感；当冷却速率在10~28℃／s时，初生硅平均尺寸对冷却速率的变化不敏感，大致在14Ixm左右；当冷却速率大于35℃／s时，初生硅平均尺寸小于11Ixm，随着冷却速率的增加，初生硅颗粒尺寸逐渐减小，对冷却速率的变化敏感。当冷却速率较小且低于某一值时，随冷却速率的增大，过冷度增大，促进了自发形核，晶核数量增多，使晶粒细化。P变质或Cr变质主要是通过在熔液中生成AlP或其它化合物作为异质核心而使初晶s田化的，当冷却速率增大且在某一区间时，随冷却速率的增加，自发形核的增加大于异质核心数量的减少，而且冷却速度并未大到可以抑制初晶si长大的程度，因此并未对初晶Si细化产生显著影响。当冷却速率大于某一值时，随冷却速率的增大，周围晶体的生长可以抑制初晶Si的进一步长大，从而使初晶Sight化。3结论利用铜楔形模，研究了浇注温度、变质剂对A1．20％Si合金初生硅宏观偏聚的影响及冷却速率对P、Cr变质A1．20％Si合金凝固过程中初生硅形貌和大小的影响规律，得出以下主要结论。(1)850℃浇注得到的试样初生硅的宏观偏聚最少，经过Cr变质的A1．20％Si合金初生硅宏观偏聚得到明显改善，P．Cr复合变质后的A1．20％Si合金初生硅宏观偏聚改善情况与cr变质合金相差不多，但远优于P变质的A1—20％Si合金。(2)变质剂能使A1—20％Si合金中形貌复杂、粗大的多边形形状的初生硅尺寸变小并有所圆化，变质效果由强到弱依次为：P变质，P—Cr复合变质，c嫂质。(3)初生硅细化效果随冷却速率增加而增强，P变质后，初生硅平均尺寸均小于20m，Cr变质后，当冷却速率大于45~C／s时，初生硅平均尺寸小于20m，P．Cr变质后，当冷却速率大于10℃／s时，初生硅平均尺寸小于20Ixm。P变质、Cr变质及P．Cr复合变质后合金，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。(4)获得宏观偏聚少，形貌好，尺寸小于20m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。参考文献：[1]WangF，YangB，DuanXJ．Themicrostructureandmechanicalpropertiesofspray—depositedhypereutecticA1一Si—Fealoy[J]．JournalofMaterialsProcessingTechnology，2003，137：191-194．[2】NikanorovSP，VolkovMP，GurinVN．StructuralandmechanicalpropertiesofA1一Sialloysobtainedbyfastcoolingofalevitatedmelt[J]．MaterialsScienceandEngineering．2005，A390：63—69．[3]谢状德，沈平，董寅生，等．快速凝固铝硅合金材料及其在汽车中的应用[J]l材料科学与工程，1999，17(4)：10—14．[4]坚增运，杨根仓，周尧和．AI一18％Si合金的温度处理[J】．中国有色金属学报，1995，5(4)：133—136．[5】毛卫民，李树索，赵爱民，等．电磁搅拌对过共晶A1-Si合金si长大过程和形貌的影响fJ]．材料科学与工艺，2001，9(2)：117一l21．[6】张卫文，尹志民，赵阳，等．过共晶高硅铸造铝合金磷一稀土双重变质处理[J]．中国有色金属学报，1995，5(1)：59—62．[7]张卫文，尹志民，陈小群．磷在过共晶铝硅合金中的存在形式及其变质机理[J]．中国有色金属学报，1994，4：229—232．[8]LuShuzu，HelawelA．Themechanismofsiliconmodificationinaluminum—siliconalloys：impurityinducedtwinning．MetallurgicalTransactionA，1987，18A：1721—1733．[9】葛良琦．A1．20％Si中初生硅形态控制技术研究[D]．南京：南京理(下转第873页)铸造薛寒松等：机械振动对Mg一6Gd一3Y一0．4Zr一2Zn镁合金组织和性能的影响-873·从图5中可知，铸态Mg．6Gd．3Y．0．4Zr一2Zn合金熔体未处理时，抗拉强度(UTS)为150MPa，屈服强度(TYs)为123i~IPa，伸长率为2．8％，但合金熔体经机械振动处理后具有较好的力学性能，其抗拉强度达到176MPa，屈服强度为142a，伸长率为5．6％。经机械振动处理后，合金的抗拉强度和屈服强度分别提高l7．3％和15．4％，伸长率也由2．8％提高N5．6％。这说明合金熔体采用机械振动处理后，合金的抗拉强度和屈服强度以及伸长率都有明显提高，这与组织分析结果保持一致。合金熔体经机械振动能够明显改善合金的铸态力学性能。熔体经机械振动处理后，拉伸性能的提高与基体晶粒的细化、第二相分布均匀密不可分。3结论(1)铸态Mg．6Gd．3Y。0．4Zr一2Zn合金主要由o【．Mg基体，Mg(GdYzn)以及Mg12ZnY~组成。首先结晶的是初生相o【．Mg基体，最后凝固形成的是网状第二相；具有条纹状的Mg2ZnY相分布于共晶相Mg24(GdYZn)之中，两相交替分布，总体上构成网状的共晶相。合金熔体未经处理时，合金易在第二相内形成不同程度的裂纹及孔洞，对合金的力学性能不利。(2)合金熔体经机械振动处理后，合金组织得到显著的改善，晶粒明显细化，第二相分布弥散，原来交替生长的板条状第二相变得短而细小且均匀分布，合金中铸造缺陷明显得到改善。(3)合金熔体经机械振动处理后具有较好的力学(上接第869页)工大学，2007．[10]赵恒先，陈润辉．过共晶铝一硅合金细化变质的进展[J]．轻金属，1992，2：60—64．[11]康嘉华，丁光宇，张全孝．过共晶铝一硅合金细化初生硅的研究⋯．兵器材料科学与工程，1993，5：54—57．[12]LuShuzu，HelawelA．GrowthmechanismofsiliconinA1一Sialloys[J】．JournalofCrystalGrowth，1985，73：3l6-328．[13】刘玉先，肖莉美，刘相法，等．Al—si合金中共晶硅生长形态的研究[J]．特种铸造及有色合金，1995，6：1—4．[14】汤大明，韩大明．新型高硅铝合金材料车用性能研究[J]．黑龙江交通科技，2007，10：60—61．[15]张俊红，任智森，赵群，等．变质工艺影响过共晶A1一Si合金初晶Si细化的研究[J]．轻金属，2006，10：62—65．[16]胡慧芳，李华基，薛寒松，等．混合稀土、磷、锶对A1—24％Si活性能，其铸态抗拉强度与屈服强度分别为176]~lPa和142MPa。机械振动熔体处理在提高合金抗拉强度与屈服强度的同时伸长率也得到了提高。参考文献：[1]胡耀波，邓娟，赵冲，等．稀JzMg—Gd系合金的研究现状与展望[J]．材料导报，2010，24(23)：95—99，103．[2】师昌绪，李恒德，王淀佐，等．加速我国金属镁工业发展的建议[J]．材料导报，2001，15(4)：5-6，103．[3]王玮．Mg一10Gd一3Y一0．5Zr合金复合净化行为研究[D]．上海：上海交通大学，2010：40．47．[4]李理，张新明，周楠，等．Mg—Gd—Y—Zr合金热轧板材的粗晶超塑性行为与微结构[J]．中国有色金属学报，2010，20(3)：390—396．[5]吴文祥，靳丽，董杰，等．Mg—Gd—Y—Zr高强耐热镁合金的研究进展[J]．中国有色金属学报，2011，21(11)：2710—2718．[6]RokhlinLL．Magnesiumaloyscontainingrareearthmetals[M]．London：TaylorandFrancis，2003．[7]王元庆，樊自田，李继强．消失模铸造AZ91D振动凝固及半固态热处理组织的演变[J]．铸造，2006，26(8)：506—509．[8]王元庆，樊自田，李继强，等浇注温度和机械振动对消失模铸造镁合金组织和力学性能的影响[J]．铸造，2007(3)：266—269．[9】田雪峰，樊自田，黄乃瑜．机械振动对消失模铸造镁合金组织及力学性能的影响[J]．中国有色金属学报，2006，16(11)：1838一l844．[10]张德恩，卢锦德，张晓燕．机械振动对新型铸造铝合金凝固组织及性能的影响[J]．贵州大学学报，2009，26(1)：79—83．(编辑：曲学良，qxl@foundryworld．corn)塞合金的变质处理[J]．铸造技术，2008，29(3)：341—343．[17]张蓉，沈淑娟，赵志龙，等．熔体过热处理及冷却速度对A1一si过共晶合金凝固组织的影响[J]l有色金属，2002，3：19—21．[18]吴树森，涂小林，吴广忠．冷却速度对过共晶A1．Si合金的初晶Si微细化的影响[J]．材料科学与工艺，2001，2：141—145．[19]宋长江，许振明，刘向阳，等．电磁分离技术制备过共晶Al—si合金自生功能梯度材料[J]l上海交通大学学报，2005，39(7)：1089—1093．[20]于思荣，张新平，何镇明，等．初始si含量对离心法制备过共晶A1一Si合金FGM中初生硅分布的影响[J]．复合材料学报，2003，20(6)：16—2O．[21]张士佼，边秀房，郭晶，等．P变质对不同冷速下过共晶压铸铝合金初晶si的影响．特种铸造及有色合金，2006，08：19—21．(编辑：曲学良，qxl@foundryworld．tom)