高鐵含量過共晶鋁硅合金的超聲處理及流變特性.pdf

1、過共晶Al-Si合金因其具有熱膨脹系數(shù)低、耐磨、耐熱和比強度高等優(yōu)點而廣泛應用于制造汽車發(fā)動機活塞、缸體等零件。鐵是Al-Si合金中最常見的一種雜質(zhì)元素。粗大針狀或板片狀的富鐵相極大地危害了鋁合金的室溫力學性能。然而，研究發(fā)現(xiàn)富鐵相有助于提高合金的高溫性能。富鐵相形貌對合金力學性能有很大的影響。快速凝固和熔體高溫過熱等方法均能明顯改善富鐵相的形貌和尺寸。然而，由于成本高和工藝復雜等原因，這些工藝的應用和推廣受到了限制。對鋁及其合金熔體進

2、行超聲處理是一種相對較新的綠色無污染技術(shù)，具有工藝簡單、成本低的特點。本文針對高鐵含量過共晶Al-Si合金，研究了超聲流變成形技術(shù)對合金顯微組織、力學性能以及摩擦磨損性能的影響，探討了這種合金熔體的流變特性以及超聲振動影響富鐵相形貌的作用機理。
　　系統(tǒng)研究了超聲振動對不同鐵含量過共晶Al-17Si-xFe(x=2,3,4,5質(zhì)量分數(shù))合金中富鐵相形貌的影響。結(jié)果顯示，在液相線溫度附近對合金熔體施加超聲振動后澆注重力金屬型，粗大針

3、片狀δ-Al4FeSi2相被細化為平均尺寸為26~37μm的細小塊狀。通過分析超聲處理完畢后的熔體水淬試樣組織與相組成發(fā)現(xiàn)，超聲的空化效應不僅使得δ-Al4FeSi2相的形核溫度升高，而且促進了δ-Al4FeSi2相的大量形核。聲流效應均化了整個熔體的溫度場和溶質(zhì)場。這使得δ-Al4FeSi2相由粗大板片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿K狀。
　　采用旋轉(zhuǎn)法首次測定了不同鐵含量Al-17Si-(2,3)Fe合金熔體的定溫和連續(xù)冷卻條件下的變溫粘度（或

4、表觀粘度），以及Al-17Si-2Fe-(0,0.4,0.8)Mn合金熔體在600~690℃內(nèi)的定溫粘度（或表觀粘度）。結(jié)果表明，Al-17Si-(2,3)Fe合金熔體的定溫粘度均隨著溫度的降低而增大。在Al-17Si-(2,3)Fe合金熔體以一定冷卻速率連續(xù)冷卻的過程中，隨著溫度的降低，熔體粘度開始時緩慢增大，當溫度降至一定臨界值時，合金熔體粘度迅速增大。對于同一種合金熔體，冷卻速率較高時，發(fā)生粘度突變所對應的臨界溫度比冷卻速率較低時

5、高。此外，隨著Mn含量的增加，Al-17Si-2Fe合金熔體的定溫粘度隨之增大。
　　探討了超聲振動與少量中和元素Mn的聯(lián)合作用對Al-17Si-(2,3)Fe-2Cu-1Ni合金組織和性能的影響。結(jié)果顯示，合金組織中δ-Al4(Fe,Mn)Si2相在超聲處理前呈粗大板片狀，超聲處理后轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿K狀。與無超聲處理的傳統(tǒng)工藝相比，合金經(jīng)超聲處理后室溫和350℃下抗拉強度明顯提高。在鐵含量相同的條件下，Mn含量由0.4％增至0.8％時

6、，合金強度提高幅度不大。合金經(jīng)超聲處理后，隨著Fe含量從2％增至3％，合金室溫抗拉強度從289MPa降至262MPa，高溫強度略有提高。室溫及高溫性能能夠滿足許多工程零部件的需求。
　　采用銷盤式摩擦磨損試驗機研究了超聲流變重力金屬型工藝制備的Al-17Si-(2,3)Fe-2Cu-1Ni-(0.4,0.8)Mn合金在干摩擦條件下的磨損行為。結(jié)果表明，在同等載荷下，有超聲處理的合金試樣比無超聲處理試樣的磨損率小，抗磨性提高顯著。細

7、小顆粒狀的δ-Al4(Fe,Mn)Si2和α-Al15(Fe,Mn)3Si2相提高了合金的耐磨性，因此，在Mn含量相同時，隨著Fe含量從2％增至3％，超聲流變成形合金試樣的磨損率隨之減小。在低載荷時，氧化磨損機理占主導；隨著載荷的增加，氧化磨損和剝層磨損機理占主導。這導致合金試樣的磨損率隨載荷的增加而增大。
　　研究了超聲制漿、半固態(tài)流變壓鑄對Al-17Si-2Fe-2Cu-1Ni-0.8Mn合金組織和力學性能的影響。結(jié)果顯示，超