Al-10Si-2Fe中間合金對(duì)鋁硅合金組織的影響.pdf

1、鋁硅合金是目前種類最多、應(yīng)用最廣泛的一類鋁合金，采用一定熔體處理技術(shù)對(duì)其內(nèi)部組織，如初生鋁、初生硅、共晶團(tuán)、共晶硅等進(jìn)行調(diào)控是提高合金機(jī)械性能、加工性能的有效手段。目前主要通過(guò)向熔體添加與晶體結(jié)構(gòu)相匹配的異質(zhì)形核核心促進(jìn)初生、共晶組織形核，或者調(diào)控其生長(zhǎng)過(guò)程，達(dá)到細(xì)化晶粒、提高綜合性能的目的。凈化熔體、添加轉(zhuǎn)化劑等也是控制氣孔缺陷、改善有害中間合金相的分布和形態(tài)常用的手段。最近有研究以已有的形核理論為基礎(chǔ)，提出了金屬熔體的團(tuán)簇聚合促進(jìn)形

2、核機(jī)理，進(jìn)一步完善了金屬凝固理論。鋁硅合金熔體中存在結(jié)構(gòu)有序的團(tuán)簇，誘導(dǎo)硅相前驅(qū)體生成，能夠促進(jìn)硅相形核，細(xì)化合金組織，降低缺陷的不良影響，進(jìn)而提高合金性能。
　　本課題通過(guò)向鋁硅合金熔體中添加一種Al-10Si-2Fe中間合金，產(chǎn)生局部有序的(AlFeSi)團(tuán)簇，從三個(gè)方面展開(kāi)研究:1、(AlFeSi)團(tuán)簇誘導(dǎo)出的硅相前驅(qū)體對(duì)硅相形核和生長(zhǎng)的影響;2、中間合金與熔體中原有鐵元素的相互作用以及對(duì)富鐵相和共晶團(tuán)的影響;3、中間合金的

3、孕育作用對(duì)氣孔的影響。
　　本文測(cè)定了工業(yè)純度和高純鋁硅合金經(jīng)過(guò)AlP和Al-10Si-2Fe中間合金孕育后的冷卻曲線，對(duì)比了金相組織的差異，對(duì)經(jīng)過(guò)Al-10Si-2Fe孕育處理后的初生硅和共晶硅分別進(jìn)行SEM和TEM檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)(AlFeSi)團(tuán)簇能夠促使熔體中產(chǎn)生局部有序的硅相前驅(qū)體，這些前驅(qū)體結(jié)構(gòu)不同于硅相，在高純合金中增加形核過(guò)冷度，但是在雜質(zhì)的參與下降低形核過(guò)冷度，促進(jìn)硅相形核。前驅(qū)體團(tuán)簇的堆積改變了硅相生長(zhǎng)方式，抑制孿晶

4、凹槽生長(zhǎng)(TPRE)機(jī)制，造成硅相表面形態(tài)的改變和孿晶的消失，硅相得到不同程度的細(xì)化。凝固末期前驅(qū)體團(tuán)簇以納米顆粒的形式嵌在硅相中。
　　通過(guò)體視顯微鏡、XRD、SEM表征并比較Al-10Si-xFe(x=0.1，0.4，0.7，1.0，1.3，1.6)經(jīng)中間合金孕育后富鐵相種類和共晶團(tuán)尺寸的變化，得出熔體中原有的鐵元素與中間合金的作用規(guī)律，即二者共同產(chǎn)生的(AlFeSi)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)與合金中原有的鐵元素濃度相關(guān)。這些(AlFeSi

5、)團(tuán)簇能夠促進(jìn)與之結(jié)構(gòu)相似的富鐵相形核析出，作為形核模板，改變富鐵相的相選擇情況。在較高含鐵量下，(AlFeSi)團(tuán)簇誘導(dǎo)出的硅相前驅(qū)體數(shù)量增加，提高了共晶團(tuán)細(xì)化效果。
　　本文還比較了Al-10Si-0.1Fe和Al-10Si-1.0Fe合金在中間合金孕育后氣孔平均面積、最大直徑和分布的變化，分析了共晶團(tuán)尺寸和中間合金形態(tài)變化對(duì)氣孔尺寸和分布的影響。發(fā)現(xiàn)Al-10Si-2Fe中間合金能有效細(xì)化氣孔，使氣孔分布變得均勻。這主要得益