铸造铝硅合金变质处理组织性能及机理的研究

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1、2006年上晦大学硕士学位论文摘要铝及其合金具有密度小、比强度高、耐蚀耐磨、导电、导热性好，且可重复利用以及自然界蕴藏量较为丰富等特点，因而在工业应用领域受到人们的广泛关注。但是在常规的熔炼和浇铸条件下，所得铝合金铸件的晶粒尺寸比较粗大，力学性能较低，进而限制了铝台金在工业上更广泛的应用。因此，为了改善和提高铸造A1．Si合金的力学性能，在熔体浇铸之前，对熔体进行变质处理是十分必要的。本文首先应用光学显微镜以及力学性能测试设备等手段，研究了稀土以及p-Cu中问合金这两种变质剂的变质工艺。其中主要有以下几个方面：稀士元素La、Ce、P。Cu以及RE—P复合变质工艺对

2、铝硅合金铸件组织性能的影响。然后应用化学反应热力学，SEM、能谱分析以及定量分析等手段，从微观角度对稀土和P元素变质机理进行了初步分析和探讨。通过试验得到以下结论：稀土金属La对亚共晶A356铝合金组织中的共晶组织有明显的变质效果，其中稀土La的加入量为O5～l0wt％，保温30min～lhour，熔体温度采用700～850℃，可以取得较好的变质效果；稀土元素La具有较长的变质失效时间，保温8小时以上，仍具有明显的变质效果。稀土金属Ce对过共晶A卜si合金的变质处理过程中，不但对初生硅明显的变质效果，而且对共晶硅有比较明显的变质作用；经过变质处理的过共晶AI18S

3、i合金的力学性能也有明显的改善和提高。稀土Ce加入量为O．5wt％～1．Owt％，保温1～2hour，熔体温度控制在800～850℃，模具温度采用200℃左右即可取得对过共晶A卜Si合金的最佳变质效果。p-Cu中间合金对过共晶Al—si合金的变质处理过程中，磷元素只对初生硅有明显的变质作用，但是对共晶组织却没有作用。P的加入含量在0．05～O．1wt％左右；变质温度应该在800～850℃左右；保温时间在30min～2hour可以适当的提高过共晶A1．si合金的延伸率及抗拉强度，得到较为理想的变质效果。RE．P复合变质剂不仅对过共晶A1．si合金中的初生硅相有明显的

4、变质作用，而且町以对共晶组织起到明显的变质作用，显著提高过共晶Al—Si合金的力学性能。通过正交试验分析得出，最佳复合变质工艺为0．5wt％Ce的加入量；0．05wt％P的加入量；熔体温度800℃；保温2h；模具温度i00℃。2006年上海大学硕士学位论文稀士元素的变质机理比较复杂，其变质作用主要是通过挛晶生长以及吸附作用实现的。稀士原子比较容易吸附在硅相孪晶沟槽中。稀土元素的富集，抑制了硅相在原来生长方向上迅速生长的趋势，阻碍了硅原子在这个方向上的迁移，进而使硅的形态发生变化；磷元素则主要是以异质形核为主，在合金熔液中形成AlP颗粒，它属于高熔点化合物，其结构与

5、Si均为立方晶格(Si为金刚石型，AlP为I刈锌矿型)，目．品格常数比较接近(si为0．543nm，AlP为0．546nm)，最小原子间距也很接近(si为0244nm，AlP为0．256nm)。依据共格对应原则，AlP可作为Si结晶时的异质核心。同时磷在硅中也有一定的固溶度，所以也有一些磷元素是通过固溶来起到细化作用的。关键词：铝合金，变质剂，稀土，P—cu中间合金，力学性能，变质机理2006年上海大学硕士学位论义AbstractPurealuminiumandaluminiumalloyshavemanyadvantidges，suchaslowerdensit

6、y,higherstrengthtOmassratio(Ob／O)，bettercorrosionandwearresistance，excellentelectricalandtemperatureconductivity，easyrecycleandabundantreserves，SOpeoplehavepaidwidespreadattentiontothemattheareaofindustryapplication．Intheconventionalconditionofmeltingandcasting，crystalgrainsofaluminiu

7、malloyarecoarseningandtheirmechanicalpropertiesarerelativelow．Soaluminiumalloysarerestrictedmorewidespreadavailabilityinindustry．ItisnecessarytOmodifythemeltinordertoimprovemechanicalpropertyofAl-Sialloycastings．Firstly,themodificationtechnologyoftwokindsofmodificators(rareearth，p-Cum

8、aster