【摘要】：本文以Al-20Si合金為研究對象,采用變質(zhì)和不同的冷卻速率對Al-20Si合金進行細化處理。通過高精度測溫儀、金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)、X射線衍射(XRD)和摩擦磨損試驗等方法,研究了變質(zhì)和冷卻速率對A1-20Si合金凝固組織及性能的影響,并探討了Al-20Si合金中初生Si和共晶Si的協(xié)同細化機理,為高硅鋁合金材料在制備活塞、缸套和散熱器等工業(yè)應用提供了理論基礎。(1).采用P和RE變質(zhì)劑對Al-20Si合金進行變質(zhì)處理,研究結果表明:P與Al反應生成AlP化合物作為初生Si相的異質(zhì)形核質(zhì)點,能顯著細化合金中初生Si晶粒尺寸;稀土RE吸附固溶在Si相的生長臺階,使Al-20Si合金中Si相的晶格常數(shù)增大,X射線衍射圖譜發(fā)生小角度偏移;隨著變質(zhì)時間的延長,合金中板條狀的初生Si變得細小圓潤,平均晶粒尺寸由85.6μm減小至13.2μm,共晶Si由長針狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎虠U狀和點狀,均勻分布在基體中,基體硬度由68.5HB提升至80.8HB,抗拉強度由132MPa提高至185MPa,延伸率由1.29%提高至2.68%。(2).采用不同的冷卻速率對Al-20Si合金組織進行細化處理,研究結果表明:Al-20Si合金中初生Si平均晶粒尺寸(D)與冷卻速率(v)呈冪函數(shù)關系:D=260.6v-3/4,而與再輝溫度(Tm)則呈線性關系:D=0.25Tm-143.12;降低合金中初生Si的再輝溫度是控制晶粒長大的關鍵,銅模的高蓄熱系數(shù)能持續(xù)降低初生Si的形核溫度和再輝溫度,使初生Si的晶粒尺寸細小;初生Si由小平面生長轉(zhuǎn)變?yōu)榉切∑矫嫔L的臨界過冷度為70K,該實驗結果與理論計算結果(74K)基本一致;隨著變質(zhì)劑的添加、冷卻速率的增大、過冷度的增加和再輝溫度的降低,Al-20Si合金中Si相組織細化顯著,合金的抗拉強度由119MPa提高至210MPa,延伸率由1.01%提高至3.89%。(3).Al-20Si合金的磨損行為主要以剝層磨損、粘著磨損和磨粒磨損為主,試樣的剝層磨損隨合金中初生Si晶粒尺寸的增大而加劇;Al-20Si合金經(jīng)細化處理后,組織中Si相晶粒尺寸細小,基體硬度提高,合金的磨損量顯著減小。
【圖文】：

１．２邋Ａｌ－Ｓｉ合金的概述逡逑Ａｌ－Ｓｉ合金是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的鑄造鋁合金，室溫下的組織為ａ－Ａｌ和ｐ－Ｓｉ逡逑兩相，Ａｌ－Ｓｉ合金的二元相圖如圖１－１所示。合金在５７７°Ｃ會發(fā)生共晶反應：逡逑Ｌ—ａ（Ａｌ）＋ｐ（Ｓｉ）；其共晶點Ｓｉ含量的范圍在１２．５％－１２．７％之間［５］；邋Ｓｉ原子在鋁基逡逑體中的最大固溶度為１．６５％，而Ａ１原子在Ｓｉ相中幾乎不固溶。Ａｌ－Ｓｉ合金可根據(jù)逡逑Ｓｉ含量的不同，分為亞共晶Ａｌ－Ｓｉ合金、共晶Ａｌ－Ｓｉ合金、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金。逡逑Ｓｉ是Ａｌ－Ｓｉ合金中主要的合金元素，在鋁合金中加入Ｓｉ，能提高合金的流動逡逑性和鑄造性，同時還能降低合金的熱膨脹系數(shù)，減小合金的密度，提高合金的氣逡逑密性，使材料的耐磨性和力學性能大幅提高［６］。由于Ａｌ－Ｓｉ合金中Ｓｉ相的硬度很逡逑高，而鋁基體相對較軟，屬于典型的硬質(zhì)點增強軟基體的耐磨材料，且合金的耐逡逑１逡逑

殘余的金屬等化合物，保持模具壁表面光滑，模具型腔尺寸為長ｘ寬ｘ高逡逑＝１００ｍｍｘｌ０ｍｍｘ６０ｍｍ，燒鑄時控制好饒鑄速度，，使金屬液體均勻地流入模具中，逡逑澆鑄模具如圖２－２所示。逡逑測溫儀逡逑圖２－２澆鑄模具示意圖逡逑１．模具厚度控制板２．模具側(cè)壁３．模具底壁４．熱電偶逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｃａｓｔｉｎｇ邋ｍｏｌｄ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑１．邋ｔｈｅ邋ｐｌａｔｅ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｍｏｌｄ邋ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ邋２．邋ｍｏｌｄ邋ｓｉｄｅｗａｌｌ邋３．邋ｍｏｌｄ邋ｂｏｔｔｏｍ邋ｗａｌｌ邋４．邋ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ逡逑２．５邋Ａｌ－２０Ｓｉ合金的變質(zhì)工藝方法逡逑２．５．１邋Ａｌ－２０Ｓｉ合金的Ｐ變質(zhì)處理實驗逡逑在Ａｌ－２０Ｓｉ合金熔體中加入Ｃｕ－８Ｐ中間合金進行變質(zhì)處理，間隔２０ｍｉｎ將鋁逡逑液澆鑄到鋼模中冷卻取樣，澆鑄起始溫度７６０°Ｃ，鑄件凝固后及時從模具中取出，逡逑實驗得出：變質(zhì)保溫８０ｍｉｎ，添加０．０６％Ｐ含量的Ｃｕ－８Ｐ中間合金變質(zhì)效果最佳。逡逑表２－４、２－５分別為Ｐ添加量和Ｐ變質(zhì)時間對Ａ１－２０Ｓ１合金的實驗方案及參數(shù)。逡逑表２－４邋Ｐ添加量對Ａｌ－２０Ｓｉ合金的實驗方案及參數(shù)逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－４邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｓｃｈｅｍｅｓ邋ａｎｄ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋Ｐ邋ａｄｄｉｔｉｏｎ邋ｔｏ邋Ａｌ－２０Ｓｉ邋ａｌｌｏｙ逡逑序號邐合金邋變質(zhì)劑邐添加量／％邋變質(zhì)溫度／°Ｃ邐澆鑄溫度ｆ逡逑１邐Ａｌ－２０Ｓｉ邐—邐—邐８００邐７６０逡逑２邐Ａｌ－２０Ｓｉ邐Ｐ邐０．０２邐８００邐７６０逡逑３邐Ａｌ－２０Ｓｉ邐Ｐ邐０．０４邐８００邐７６０逡逑４邐Ａｌ－２０Ｓｉ邐Ｐ
【學位授予單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21

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本文編號：2643184