利用組織遺傳性雙重變質過共晶Al-Si合金的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、過共晶Al-Si合金具有良好的鑄造流動性和耐磨性被廣泛應用于制造各類發(fā)動機缸體和活塞零件。但在普通鑄態(tài)下,過共晶Al-Si合金中初晶Si與共晶Si分別以粗大板片狀和粗針狀雜亂的分布于Al基體上,在實際應用中降低整個合金的綜合力學性能。目前,主流變質手段都有各種局限性,如生產(chǎn)成本高、變質效果單一、污染環(huán)境等。因此,本文從金屬組織遺傳性的理論出發(fā),通過金相觀察(OM)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和差示掃描量熱分析(DSC)等,研

2、究了FSM中間合金的制備工藝、Al-17%Si合金的變質工藝,并探討了FSM中間合金對Si相的變質機理。
  利用PROCAST輔助設計了水冷銅模,并論證了該模具對Al-17%Si合金熔體的冷卻能力達到了亞快速凝固的技術范圍。從Al-17%Si熔體遺傳結構特征出發(fā),制定了熱速工藝并制備了亞快速凝固FSM中間合金,其初晶Si平均粒徑小于20μm,共晶Si呈細小短桿狀。利用單輥熔紡設備,在快速凝固條件下制備了Al-17%Si合金薄帶,

3、初晶Si平均尺寸為1~2μm,共晶Si呈分枝高度發(fā)達的絮狀。
  分別運用以上兩種FSM中間合金對Al-17%Si合金進行變質。其對原始合金中Si相均產(chǎn)生了明顯的變質效果,在相同工藝參數(shù)條件下,使用快速凝固FSM中間合金變質的效果更好。DSC研究結果表明,變質后 Si相析出的起始溫度均有波動,對比整個Si相析出過程的結晶潛熱,變質后最大降幅可達71J/g。
  未變質初晶Si的三維形貌多為粗大的六邊形板片狀多面體,側面有明顯

4、的孿晶棱邊及凹槽,判斷其生長方式主要為“孿晶凹谷機制”(TPRE);共晶Si多呈粗大薄片狀,形狀極不規(guī)則,在大量試樣觀察中(111)面上未見70.5°大角度孿晶生長分枝,只發(fā)現(xiàn)波紋狀生長花樣,推測其生長方式主要為“固有臺階機制”(IIS)。
  經(jīng)FSM中間合金變質后,初晶Si多為細小的八面體或厚板狀,形狀較規(guī)則,棱邊和(111)面上均未見“孔洞”狀缺陷,并可見部分生長突起;變質后共晶Si呈珊瑚狀或分枝發(fā)達的纖維狀,結合TEM觀察

5、纖維狀共晶分枝可以發(fā)現(xiàn)大量孿晶。從金屬組織遺傳性角度分析,F(xiàn)SM中間合金的加入使得熔體中富集了大量不均勻微觀Si-Si原子集團或團簇,這是細晶結構的遺傳載體,在凝固過程中優(yōu)先作為最佳襯底促進Si相的形核;隨著凝固的繼續(xù),富余的Si-Si原子集團將改善(111)面的生長速度 V<111>,最終使初晶Si按照TPRE機制生長成較圓整的八面體或厚板狀;另外,多余的 Si-Si原子集團還將在共晶生長中誘發(fā)大量孿晶,使其擇優(yōu)生長方向發(fā)生變化,發(fā)展

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