本文選題：過共晶Al-Si合金 + 擠壓鑄造��； 參考：《沈陽工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：過共晶Al-Si合金具有硬度高、耐磨性好、線膨脹系數(shù)小、密度低等優(yōu)點,是理想的汽車用活塞材料。但常規(guī)方法制備的過共晶Al-Si合金組織中粗大塊狀的初生Si相和針片狀的共晶Si相嚴(yán)重影響合金的綜合力學(xué)性能,因此改善初生Si及共晶Si的尺寸、形貌與分布,成為國內(nèi)外過共晶Al-Si合金應(yīng)用研究的重點。本文通過擠壓鑄造成形工藝改善過共晶Al-Si合金的顯微組織,從而強化合金,提高其力學(xué)性能。擠壓鑄造可顯著提高Al-17.5Si二元合金的力學(xué)性能。隨著擠壓鑄造比壓的增加,合金的硬度、抗拉強度和伸長率均得到大幅度提高,當(dāng)擠壓鑄造比壓為600MPa時,合金綜合力學(xué)性能取得最佳值。擠壓鑄造過共晶Al-Si合金中各相的形貌與分布均得到了明顯改善,粗大初生Si相數(shù)量減少,α-Al枝晶析出,共晶組織顯著細(xì)化。將Sr變質(zhì)后的Al-17.5Si二元合金在壓力下凝固,合金中共晶Si相進一步細(xì)化,變?yōu)槭旨?xì)小的纖維狀。而當(dāng)對合金進行P變質(zhì)后擠壓鑄造成形,合金組織中則出現(xiàn)了大量粗大的初生Si顆粒,使得合金的抗拉強度和伸長率出現(xiàn)了減低的趨勢。由此確定,Sr變質(zhì)處理適用于擠壓鑄造過共晶Al-Si合金。擠壓鑄造使A390和LM280合金的組織發(fā)生明顯變化,組織中不僅出現(xiàn)α-Al枝晶,初生Si數(shù)量減少,共晶組織更加致密,而且Al2Cu相、Mg2Si相、Al7Cu4Ni和Al1.9Cu1.0Mg4.2Si3.3等第二相尺寸的逐漸變小,且數(shù)量減少,合金元素在基體中的固溶度提高。擠壓鑄造提高了多元過共晶Al-Si合金的力學(xué)性能,當(dāng)擠壓鑄造比壓為600MPa時,合金的硬度和強度達到峰值。擠壓鑄造可顯著改善Al-(15,17.5,22)Si合金的顯微組織,合金的力學(xué)性能明顯提高,磨損量顯著降低,合金的耐磨性能得到有效提高。且隨著Si含量的增加,合金的磨損量進一步下降,耐磨性能提高。在均勻化退火過程中,擠壓鑄造過共晶Al-Si合金中的Si相經(jīng)歷了熔斷、�；痛只倪^程,形貌越來越圓整,分布趨于均勻。均勻化退火后擠壓鑄造過共晶Al-Si合金的力學(xué)性能與耐磨性能都得到了改善,這主要可歸結(jié)于Si相形貌、尺寸及分布的改善,在525oC均勻化退火8~12h時,Si相顆粒細(xì)小(等效圓直徑為2.0~2.5μm)、園整、分布均勻,合金的綜合力學(xué)性能和耐磨性能達到最佳。擠壓鑄造過共晶Al-Si合金坯錠經(jīng)熱擠壓后組織發(fā)生顯著變化,發(fā)達的α-Al枝晶基本消失,細(xì)小珊瑚狀的共晶Si相破碎為小粒狀,平均尺寸2~4μm,這些細(xì)小的Si相顆粒彌散分布在合金基體中,從而獲得了細(xì)小Si相硬質(zhì)顆粒彌散均勻分布于軟質(zhì)Al基體的均勻組織,最大程度地發(fā)揮了合金的潛能。對擠壓鑄造Al-17.5Si二元合金坯錠進行熱擠壓成形,可大幅度提高合金性能,尤其使合金的塑性有了顯著的改善。對擠壓鑄造過共晶Al-Si合金進行了熱模擬實驗,發(fā)現(xiàn)擠壓鑄造過共晶Al-Si合金在相同變形條件下應(yīng)力水平較重力鑄造合金略高,其合金熱變形激活能為308.77kJ/mol,結(jié)合熱加工圖得到擠壓鑄造合金的合理熱加工參數(shù)為:變形溫度450oC~500oC,應(yīng)變速率0.01s~(-1)~0.1s~(-1)。在該條件下對合金進行熱擠壓,抗拉強度達到了332.1MPa,較重力鑄造提高了135%,伸長率為13.51%,較重力鑄造提高了923.5%。
[Abstract]:Hypereutectic Al-Si alloy has the advantages of high hardness, good wear resistance, low coefficient of linear expansion and low density, and it is an ideal piston material for automobile. However, the coarse bulk Si phase and needle like eutectic Si phase in the hypereutectic Al-Si alloy prepared by conventional methods seriously affect the comprehensive mechanical properties of the alloy. Therefore, the primary Si and eutectic Si are improved. The size, morphology and distribution of the hypereutectic Al-Si alloy at home and abroad are the focus of application research. In this paper, the microstructure of Hypereutectic Al-Si alloy was improved by squeezing casting process, thus strengthening the alloy and improving the mechanical properties of the alloy. The mechanical properties of Al-17.5Si two yuan alloy can be greatly improved by extrusion casting. With the increase of compression casting specific pressure The hardness, tensile strength and elongation of the alloy have been greatly improved. When the compression casting specific pressure is 600MPa, the overall mechanical properties of the alloy obtain the best value. The morphology and distribution of each phase in the hypereutectic Al-Si alloy of squeezed casting have been obviously improved, the number of coarse primary Si phase decreases, the -Al dendrite precipitates and the eutectic microstructure is remarkably refined. The Al-17.5Si two element alloy after Sr metamorphism solidifies under pressure, and the eutectic Si phase of the alloy is further refined and becomes very small fiber. And when the alloy is modified by P after the extrusion casting, a large number of coarse primary Si particles appear in the alloy structure, which makes the tensile strength and elongation of the alloy decrease. It is determined that Sr modification is suitable for extrusion casting hypereutectic Al-Si alloy. Extrusion casting makes the microstructure of A390 and LM280 alloy change obviously. The microstructure of the microstructure appears not only a -Al dendrite, but also the number of primary Si, the eutectic microstructure is more compact, and the second phase size of Al2Cu phase, Mg2Si phase, Al7Cu4Ni and Al1.9Cu1.0Mg4.2Si3.3 gradually becomes smaller, and the size of the second phase of Al2Cu phase, Al7Cu4Ni and Al1.9Cu1.0Mg4.2Si3.3 becomes smaller gradually, and the phase of the second phase of Al2Cu phase, Al7Cu4Ni and Al1.9Cu1.0Mg4.2Si3.3 becomes smaller and smaller gradually. As the amount is reduced, the solid solubility of alloy elements in the matrix is improved. Extrusion casting improves the mechanical properties of polyeutectic Al-Si alloy. When the compression casting ratio is 600MPa, the hardness and strength of the alloy reach the peak value. The microstructure of Al- (15,17.5,22) Si alloy can be greatly improved by extrusion casting, and the mechanical properties of the alloy are obviously improved and the wear amount of the alloy is obviously improved. The wear resistance of the alloy is improved effectively and the wear resistance of the alloy is further reduced and the wear resistance of the alloy increases with the increase of Si content. In the homogenization annealing process, the Si phase in the hypereutectic Al-Si alloy of extrusion casting has gone through the process of melting, granulation and coarsening, and the distribution tends to be uniform and homogenized. The mechanical properties and wear resistance of the hypereutectic Al-Si alloy after the fire extrusion are improved. This is mainly due to the improvement of the phase appearance, size and distribution of the Si. When the 525oC homogenization annealing 8~12h, the Si phase particles are fine (the equivalent circle diameter is 2.0~2.5 mu m), the garden is whole, and the distribution is uniform, and the comprehensive mechanical and wear resistance of the alloy reaches the best. After hot extrusion, the microstructure of the hypereutectic Al-Si alloy ingot by squeezing casting was changed remarkably. The developed alpha -Al dendrites disappeared basically. The fine coralline eutectic Si phase was broken into small particles, and the average size was 2~4 mu m. The fine Si phase particles dispersed in the alloy matrix, and the fine particles of fine Si phase were distributed evenly in the soft distribution of the soft particles in the soft Si phase. The homogeneous structure of the Al matrix exerts the maximum potential of the alloy. The hot extrusion of the extruded casting Al-17.5Si two element alloy billet can greatly improve the properties of the alloy, especially the plasticity of the alloy. The thermal simulation experiment on the hypereutectic Al-Si alloy in squeezing casting was carried out, and the hypereutectic Al-S was found to be squeezed and cast. The stress level of I alloy under the same deformation condition is slightly higher than that of the gravity casting alloy. The thermal deformation activation energy of the alloy is 308.77kJ/mol. The reasonable hot processing parameters of the extruded cast alloy are: the deformation temperature 450oC~500oC, the strain rate 0.01s~ (-1) ~0.1s~ (-1). The tensile strength of the alloy is heated and the tensile strength is reached under this condition. The 332.1MPa increased by 135% compared with gravity casting, and the elongation was 13.51%, which increased 923.5%. compared with gravity casting.

【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG249.2

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本文編號：1813033