本文選題：Al-Si合金　切入點：Si相形態(tài)　出處：《山東大學》2017年碩士論文

【摘要】：近共晶和過共晶Al-Si系合金以其鑄造性能好、綜合力學性能高、熱膨脹系數(shù)低、導熱性好等優(yōu)點,成為制造活塞、汽缸等汽車零部件理想的輕量化材料。然而,粗大板塊狀的初晶β-Si相和針片狀的共晶β-Si相(β-Si相以下簡稱為Si相)形態(tài)是降低其力學性能的主要因素。工業(yè)生產(chǎn)中常采用變質(zhì)處理來改善Si相形態(tài),從而提高拉伸性能。但目前Si相形態(tài)(包括Si相形貌、尺寸及分布等)對硬度、耐磨性等其它力學性能的影響規(guī)律尚缺乏系統(tǒng)研究�；诖�,本文以近共晶Al-13Si和過共晶Al-25Si二元合金為主要研究對象,采用P、Sr變質(zhì)處理Al-13Si合金分別獲得過共晶/亞共晶組織特征形態(tài);通過加P等熔體處理,使Al-25Si合金中初晶Si相呈不同尺寸及分布形態(tài)。研究了在成分一定的前提下,Si相形貌、尺寸及分布等變化時,Al-13Si和Al-25Si合金宏觀硬度、拉伸性能以及摩擦磨損性能的變化規(guī)律;分析了硬度、耐磨性能等力學行為對Si相形態(tài)敏感性差異及其成因;研究了 Ca元素對P變質(zhì)或細化的抑制作用機理,提出了一種高效環(huán)保的除Ca新工藝。本文主要研究工作如下:(1)近共晶Al-13Si合金Si相組織形貌及分布與力學行為的相關性研究發(fā)現(xiàn),在室溫條件下,當化學成分一定時,調(diào)控Si相形貌及分布并不能使Al-13Si合金的硬度發(fā)生明顯變化,表明硬度對Si相形貌及分布不敏感。但Si相形態(tài)卻顯著影響拉伸性能和耐磨性能:合金經(jīng)Sr變質(zhì)處理后,Ω-Al基體與共晶Si相界面結合關系得到顯著改善,拉伸強度達到205MPa,相比P變質(zhì)處理提升23%左右,延伸率由1.03%提高至3.48%;摩擦磨損試驗中合金的磨損量也較P變質(zhì)的少,尤其是在高載荷(120N、150N)條件下,合金的耐磨性更好。與之相反,在高溫(350℃)條件下,P變質(zhì)后合金中Si相分布相對更均勻,變形更協(xié)調(diào),合金拉伸強度更高,達到72MPa,延伸率為7.4%;摩擦系數(shù)變化更為平穩(wěn),耐磨性更佳。以上結果表明,合金拉伸性能和耐磨性均對Si相形貌及分布比較敏感。(2)過共晶Al-25Si合金初晶Si相尺寸與力學行為的相關性室溫條件下,將A1-25Si合金初晶Si平均尺寸由200μm細化至15μm左右時,拉伸強度由99MPa提高至152MPa,比未細化時提高53%,延伸率由0.65%提高至0.94%;同樣地,摩擦磨損試驗中合金在高載荷條件下磨損量也明顯減少,合金的耐磨性得到提升。但硬度值仍與細化前幾乎保持一致,其它幾組過共晶Al-Si合金的硬度值也反映了類似的規(guī)律。這說明Al-Si合金的室溫硬度與Si相形貌、尺寸及分布變化無關,主要取決于Si的體積分數(shù)。高溫(35℃)條件下,初晶Si相的細化同樣有利于合金拉伸性能和耐磨性的提高:拉伸強度由66MPa提高至69MPa,延伸率由0.4%提升至2.7%;摩擦系數(shù)變得更加穩(wěn)定。(3)雜質(zhì)Ca對P變質(zhì)或細化的抑制作用機理與除Ca新工藝系統(tǒng)研究了 Ca和P元素在Al-Si熔體中的相互作用,分析了 Ca添加量對P變質(zhì)Al-13Si合金組織形態(tài)的影響,揭示了 Al-Si-Ca-P合金系中Ca的存在形態(tài),發(fā)現(xiàn)其主要以Ca3P2形式存在,其次為Al2Si2Ca。利用Ca與P親和力極強這一特性,提出了一種除Ca新工藝,即通過加入A1-P中間合金與鋁合金熔體中的Ca反應使之以富鈣化合物的形式除去。該工藝簡便、高效、環(huán)保,可使合金中的Ca含量降至1Oppm以下。
[Abstract]:Near eutectic and hypereutectic Al-Si alloy with good casting properties, high mechanical properties, low thermal expansion coefficient, thermal conductivity and other advantages, become the manufacture of lightweight materials such as piston, cylinder auto parts ideal. However, the primary crystal beta -Si and bulky needle flake plate-like eutectic beta -Si phase (beta -Si hereinafter referred to as Si) form is a major factor in reducing its mechanical performance. Industrial production is often by modification to improve the morphology of Si phase, so as to improve the tensile properties. But the morphology of Si phase (including Si morphology, size and distribution) on hardness, wear resistance and other influence the mechanical properties are lack of systematic research. Based on this, this paper takes Al-13Si eutectic and hypereutectic Al-25Si alloy two as the main research object, using P, Sr modification of Al-13Si alloy were obtained in hypereutectic / hypoeutectic microstructure morphology; by adding P melt treatment, The primary Si phase in Al-25Si alloy with different size and distribution. On the premise of certain components, Si morphology, size and distribution changes of Al-13Si and Al-25Si alloy, hardness, tensile properties and friction performance variation; analysis of hardness, wear resistance and mechanical behavior of Si phase state the sensitivity difference and its causes; study the inhibition mechanism of Ca element on the P modification or refinement, put forward a kind of efficient environmental protection in addition to Ca new technology. The main research work are as follows: (1) study on the correlation between Al-13Si near eutectic alloy Si phase morphology and distribution and mechanical behavior found at room temperature and when a certain chemical composition, morphology and distribution regulation of Si does not make the hardness of Al-13Si alloy changed significantly, shows that the hardness is not sensitive to the morphology and distribution of Si. But the Si phase was significantly impact and tensile properties Abrasion resistance: Sr alloy after modification, has been improved significantly with -Al matrix and the eutectic Si phase interface, the tensile strength reached 205MPa, compared to P modification increase of around 23%, the elongation rate increased from 1.03% to 3.48%; the amount of wear of friction and wear test alloy than P becomes less, especially in high load conditions (120N, 150N), the better the wear resistance of the alloy. On the contrary, in the high temperature (350 DEG C) condition, P modification of Si in the alloy phase distribution is more uniform, the deformation coordination, the tensile strength is higher, up to 72MPa, the elongation is 7.4%; the friction coefficient changes stable, better wear resistance. The results above indicated that the tensile properties and wear resistance of the alloy are more sensitive to Si morphology and distribution. (2) at room temperature correlation of Hypereutectic Al-25Si alloy primary crystal size of Si phase and mechanical behavior of A1-25Si alloy under the average size of primary crystal Si by 200 m refinement To 15 m%, the tensile strength increased from 99MPa to 152MPa, 53% higher than that without the refinement, the elongation rate increased from 0.65% to 0.94%; similarly, friction and wear test alloy in high load conditions the wear volume was significantly reduced, the wear resistance of the alloy has been improved. But the hardness value is almost and refinement consistent with other groups of Hypereutectic Al-Si alloy hardness also reflects similar rules. This means that the Al-Si alloy at room temperature hardness and Si morphology, regardless of variations in size and distribution, mainly depends on the volume fraction of Si. The high temperature (35 DEG C) condition, the early phase refinement of crystal Si can also help the tensile properties and wear resistance of the alloy to improve the tensile strength increased from 66MPa to 69MPa, the elongation rate increased from 0.4% to 2.7%; the friction coefficient becomes more stable. (3) the mechanism of inhibition of P impurity Ca metamorphism or refinement with the exception of Ca new technology system of Ca and P elements in Al The interaction of -Si in the melt, analyzed the effect of Ca content on P modified Al-13Si alloy microstructure, reveals the existence form of Al-Si-Ca-P alloys Ca, which mainly exists in the form of Ca3P2, followed by Al2Si2Ca. using Ca and P strong affinity to this characteristic, put forward a kind of new technology in Ca. The Ca reaction by adding A1-P master alloy and Aluminum Alloy melt in the form of calcium rich compounds removed. The process is simple, efficient, environmentally friendly, can make the Ca content in the alloy is below 1Oppm.

【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.21

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本文編號：1653420