Al-Si系合金的熔體溫度處理及其凝固過程研究.pdf

1、Al-Si合金是鑄造鋁合金中最重要的一個(gè)系列，具有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。為克服其傳統(tǒng)組織細(xì)化方法的不足，熔體溫度處理細(xì)化Al-Si合金組織的研究引起人們的關(guān)注。但目前的研究主要集中于具體亞共晶成分商用鋁合金和過共晶Al-Si合金，研究缺乏系統(tǒng)性。本文結(jié)合示差掃描量熱(DSC)分析實(shí)驗(yàn)，較系統(tǒng)地研究了Al-Si系合金的熔體溫度處理對其凝固組織的影響及Al-Si系合金的熔體結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果對相關(guān)研究具有重要的理論和實(shí)際指導(dǎo)意義。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

2、明：亞共晶Al-7％Si合金在750-1100℃進(jìn)行熔體溫度處理時(shí)，過熱溫度對二次枝晶的細(xì)化作用不明顯，而組織的均勻性隨著過熱溫度的升高而變好；熔體處理溫度的高低對合金凝固過程產(chǎn)生影響，熔體溫度處理時(shí)的非平衡弛豫過程和不可逆過程使熔體狀態(tài)變化出現(xiàn)滯后效應(yīng)，從而影響凝固界面形態(tài)的穩(wěn)定性。當(dāng)過熱度低時(shí)，界面穩(wěn)定性隨過熱溫度的增加而提高，當(dāng)過熱度超過臨界過熱度時(shí)，界面前沿成分過冷區(qū)增大，導(dǎo)致界面穩(wěn)定性隨溫度升高而降低；等溫處理時(shí)，隨著保溫時(shí)間

3、由短到長，減少了熔體中形核質(zhì)點(diǎn)的數(shù)目，使得凝固過程中形核過冷度增大，從而降低了界面的穩(wěn)定性，導(dǎo)致800℃溫度處理時(shí)α(Al)枝晶體積分?jǐn)?shù)增加。 共晶Al-12％Si合金在750-1100℃溫度范圍的熔體溫度處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：凝固組織隨過熱溫度的升高總體上呈現(xiàn)出細(xì)化、均勻的趨勢；在多數(shù)溫度處理下的組織中都發(fā)現(xiàn)了α(Al)枝晶與初晶Si共存的“暈圈”現(xiàn)象；經(jīng)1000℃熔體熱處理后的凝固組織中，α(Al)枝晶消失，組織中沒有暈圈出現(xiàn)；

4、800℃熔體處理時(shí)，隨著保溫時(shí)間由短到長，組織中的α(Al)枝晶經(jīng)歷了破碎到完整的過程。 過共晶Al-20％Si合金在750-1100℃溫度范圍的熔體溫度處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著過熱溫度的提高，初晶硅顆粒的尺寸出現(xiàn)由小變大，然后又變小的規(guī)律；經(jīng)過1100℃熔體處理后，初晶硅的析出明顯受到抑制，尺寸大為減小，并有球化趨勢；800℃熔體處理時(shí)，隨著保溫時(shí)間的延長，初晶硅顆粒的尺寸由小變大，延長保溫時(shí)間的作用等同于適當(dāng)提高過熱溫度的作用

5、；凝固組織中觀察到了五瓣星狀初晶硅。 對不同成分的Al-Si合金所進(jìn)行的大量DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該合金在液態(tài)區(qū)域存在額外的熱效應(yīng)，說明合金在液態(tài)時(shí)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。在所有成分Al-Si合金中的升溫階段均發(fā)現(xiàn)存在額外熱效應(yīng)，分析認(rèn)為其主要是由于母體Al的熔體結(jié)構(gòu)的變化而引起的；在過共晶Al-20％Si合金熔體處理后的降溫過程中發(fā)現(xiàn)了熔體的結(jié)構(gòu)變化，分析認(rèn)為這主要是由熔體中的Si-Si原子團(tuán)簇的不斷產(chǎn)生和分解造成的。研究表明，Al-Si