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文檔簡介
1、鑒于合金凝固行為、組織和性能顯著地受其熔體狀態(tài)的影響,以及我們過去的研究表明,采用經(jīng)歷熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的高溫熔體,與半固態(tài)的低溫熔體混溶,能使二元鋁硅合金中的初晶硅顯著細化。本文在優(yōu)化原混溶工藝的基礎(chǔ)上,以多元過共晶鋁硅合金(Al-18Si-1.5Cu-0.5Mg-0.5Mn-0.2Ti)為研究對象,系統(tǒng)研究了熔體混溶與Sr變質(zhì)復(fù)合處理、T6熱處理對合金組織形態(tài)和性能的影響,同時深入分析了諸種工藝的作用規(guī)律和機制。從挖掘材料潛能和工程實際應(yīng)
2、用的角度,為工業(yè)生產(chǎn)提供了工藝技術(shù)和基本原理方面的參考依據(jù)。主要結(jié)論如下:
(1)常規(guī)鑄造下,初晶硅多呈板塊狀和八面體形態(tài),具有典型的小平面生長特征。合金經(jīng)高低溫熔體混溶與Sr變質(zhì)復(fù)合處理后,初晶硅顯著細化(晶粒尺寸細至10.27μm),且棱角鈍化,表現(xiàn)出非小平面特征,共晶硅同時轉(zhuǎn)變?yōu)樯汉鳡睢?br> (2)對于高低溫熔體混溶能夠顯著細化初晶硅,作者分析,主要得益于三方面:一,高溫熔體熱沖擊半固態(tài)低溫熔體,分解、產(chǎn)生了大量初
3、晶硅的同質(zhì)形核核心;二,熔體經(jīng)歷結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后,凝固形核過冷度增加,形核率顯著增加;三,熔體經(jīng)歷結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后,系統(tǒng)自由能降低,硅晶體生長障礙增大,抑制了初晶硅的長大。而初晶硅棱角的鈍化,主要是由于經(jīng)歷熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的高溫熔體促使了硅晶體生長界面發(fā)生了動力學(xué)粗糙化,從而使其生長界面由小平面向非小平面轉(zhuǎn)變。
(3)固溶處理過程中,共晶硅形貌發(fā)生了明顯的改變,并顯著影響著合金性能。固溶初期,共晶硅發(fā)生熔斷和鈍化,合金硬度得到提高;固溶中期,
4、共晶硅球化且粒度適中,合金硬度達到峰值;固溶后期,共晶硅明顯粗化,合金軟化。
(4)時效研究表明,隨著時效溫度的提高,合金硬化速率顯著加快,但硬化能力不同,175℃時效處理時獲得最佳硬度峰值。此外,在175℃和195℃下,時效曲線出現(xiàn)“雙峰”現(xiàn)象,并結(jié)合脫溶DSC曲線,認為單、雙峰現(xiàn)象與時效過程的序列析出有關(guān),而GP區(qū)向亞穩(wěn)相轉(zhuǎn)變有明顯時間間隔是產(chǎn)生雙峰曲線的主要原因。最終確定合金最佳T6熱處理工藝為:520℃固溶8h,175
5、℃時效8h。
(5)力學(xué)性能測試表明,合金經(jīng)混溶處理后,布氏硬度、抗拉強度及延伸率分別提高11.0-14.0%、15.9-19.8%、55.7-58.9%,磨損量降低8.8-12.1%,分析認為主要與硅顆粒細化所產(chǎn)生的細晶強化,及硅顆粒固有斷裂抗力的提高有關(guān)。而經(jīng)T6熱處理后,布氏硬度、抗拉強度分別提高32.4-36.0%、39.9-44.7%,磨損量降低21.6-25.4%,認為主要與沉淀相彌散析出所引起合金強度的提高有關(guān)。
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