【摘要】：鋁硅合金由于具有密度低,比強(qiáng)度高,熱膨脹系數(shù)小,耐磨性能良好等特點(diǎn),已廣泛的應(yīng)用于汽車、國防工業(yè)、航空航天、電子封裝等領(lǐng)域,是一種重要的工程材料。然而,隨著硅含量的提高,傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的鋁硅合金中會出現(xiàn)粗大不規(guī)則的脆性初晶硅顆粒和細(xì)長的共晶硅顆粒,導(dǎo)致材料的力學(xué)性能嚴(yán)重降低,限制其在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)用。因此研究成本較低,產(chǎn)量較大,性能良好的鋁硅合金制備方法,具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。本文從合金化和大塑性變形的角度出發(fā),分別采用攪拌摩擦加工技術(shù)和添加合金元素對鋁硅合金進(jìn)行加工處理。攪拌摩擦加工的試驗(yàn)結(jié)果表明,多道次攪拌摩擦加工處理能夠顯著改善鑄造鋁硅合金的粗大組織,4種含硅量不同的鋁硅合金經(jīng)過1道次攪拌摩擦加工后,硅顆粒的平均尺寸均在5μm以下。同時(shí),材料的力學(xué)性能也大幅提高,在950 rpm轉(zhuǎn)速,47.5 mm/min行進(jìn)速度的條件下對Al-20Si合金進(jìn)行3道次攪拌摩擦加工后,Al-20Si合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到202.3 MPa和15.8%,材料的斷裂方式也由鑄態(tài)的脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂。添加合金元素的試驗(yàn)結(jié)果表明,0.4%P元素的加入能夠使Al-20Si合金的硅顆粒細(xì)化至25.3μm,抗拉強(qiáng)度和延伸率最大可達(dá)132.1 MPa和2.8%。加入Mg元素后,Al-20Si合金的硅顆粒平均尺寸有所降低,材料的耐磨性能顯著提高,含3%Mg的合金鑄態(tài)下質(zhì)量損失僅有3.6 mg,較母材降低了約49.3%。對比合金化的材料與攪拌摩擦加工處理的材料,可以發(fā)現(xiàn)攪拌摩擦加工對Al-20Si合金組織和性能的改善效果要優(yōu)于添加合金元素的合金。
【圖文】：

圖 1. 1 Al-Si 二元相圖[6]Figure 1.1 Al-Si binary phase diagram14 號，是地殼中含量第二高的元素，為光澤。單質(zhì)硅的密度較低，僅為 2.3 g/有顯著的提升，高溫性能也會更加穩(wěn)定于多種不同的工業(yè)領(lǐng)域[11-12]。比如，A(含硅量約 17%)主要利用鋁硅合金良好性能，滿足汽車輕量化生產(chǎn)的需求，廣泛的零部件[13-15]。與傳統(tǒng)汽車缸體中使用鋁硅合金，僅為灰鑄鐵密度的三分之一灰鑄鐵[11]。因而，這類鋁硅合金能夠基工作的前提下，有效的減輕汽車零部件

0-22]、噴射沉積[23-25]、大塑性變形[26-29]、選擇性激光熔化[30-33]等制備都取得了一定的進(jìn)展。熔煉法是制備鋁硅合金最簡單便捷的方法之一，其成本低廉，設(shè)備要求較低，已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。但在制備高硅鋁的過相區(qū)導(dǎo)致較低的冷卻速率下先析出的初晶硅顆粒會顯著長大，組織，對材料性能有著負(fù)面的影響。為優(yōu)化傳統(tǒng)的鑄造熔煉方變質(zhì)處理。變質(zhì)處理，就是在鋁硅合金熔煉的過程中，加入一素，常見的如 P、Sr、Na 等，，基于異質(zhì)形核機(jī)制、降低 Si 晶，細(xì)化合金中的初晶硅、共晶硅，改善硅相的形貌和分布[34-3g 等[35]利用 Al-P-Ti-TiC-Y 作為中間合金，在熔煉過程中將其分合金和 Al-29Si 合金中。圖 1.2 展示了變質(zhì)前后 Al-29Si 合金顯試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)母材中粗大的 Si 顆粒被顯著細(xì)化，Si 顆粒平均m 和 250 μm 降至 20 μm 和 35 μm，布氏硬度分別提高了 15.8損率較變質(zhì)處理前有明顯的降低，這些性能上的提升主要是由初晶硅的細(xì)化所造成的。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG292;TG453.9;U466

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本文編號：2668461