【摘要】：鑄造AlZnSiMg系列合金兼具Al-Si系合金的優(yōu)良鑄造性能和Al-Zn系合金在常溫下可自然時效的特點,適用于強度要求高、熱處理困難的大型結(jié)構(gòu)鑄件。然而,采用Sr和Na變質(zhì)合金的組織中仍然存在粗大的Si相以及組織細(xì)化問題,合金綜合力學(xué)性能不佳。本文從組織細(xì)化、Si相變質(zhì)和合金成分優(yōu)化三個角度研究該合金的凝固組織特征和力學(xué)性能,具有重要的工程應(yīng)用價值。本文基于Al-10Zn-8Si-0.35Mg合金,研究了Sr變質(zhì)和Na變質(zhì)工藝條件下,La-B聯(lián)合細(xì)化工藝,以及Sr變質(zhì)條件下Ti單獨細(xì)化工藝對合金凝固組織和性能的影響。采用La、B聯(lián)合細(xì)化工藝后,在Sr變質(zhì)條件下,Al-10Zn-8Si-0.35Mg合金晶粒平均尺寸從1169μm左右減小至170μm左右,合金強度和延伸率分別從227MPa和1.3%提高到256MPa和2.1%;Na變質(zhì)條件下平均晶粒尺寸從1251μm左右減小至153μm,合金強度和延伸率分別從239MPa和1.6%提高到253MPa和1.9%。在Sr變質(zhì)條件下,采用500ppmTi細(xì)化的Al-10Zn-8Si-0.35Mg合金的晶粒尺寸為760μm左右,合金強度和延伸率分別達(dá)到249MPa和2.0%。采用Na變質(zhì)工藝的合金中氣孔缺陷較少,但在La、B聯(lián)合添加的條件下采用Na變質(zhì)工藝,組織中會出現(xiàn)一些析出相,這些析出相會降低共晶Si相變質(zhì)程度,使合金性能下降。與Na變質(zhì)工藝相比,Sr變質(zhì)工藝的效果更穩(wěn)定,更加適合應(yīng)用于Al-10Zn-8Si-0.35Mg合金的變質(zhì)處理。研究了合金成分以及La、B聯(lián)合細(xì)化對于合金組織和性能的影響。隨著合金成分中的Zn和Si的降低,合金中α-Al枝晶占比不斷提高,枝晶尺寸不斷增大,與此同時,組織中粗大Si相的數(shù)量減少,尺寸減小,合金延伸率顯著提高,Al-9Zn-7.2Si-0.35Mg和Al-7.5Zn-6Si-0.35Mg合金的抗拉強度和延伸率分別達(dá)到232MPa,2%和220MPa,2.6%。Al-9Zn-7.2Si-0.35Mg和Al-7.5Zn-6Si-0.35Mg合金經(jīng)La、B聯(lián)合細(xì)化后組織得到顯著改善,其中Al-9Zn-7.2Si-0.35Mg合金細(xì)化后強度和延伸率分別達(dá)到258MPa,2.4%。采用了數(shù)值模擬的元胞自動機(jī)法對枝晶生長過程中液固界面前沿的Si溶質(zhì)分布以及Si形核進(jìn)行研究。在Al-10 wt.%Zn-8 wt.%Si合金凝固過程中,液固界面處Si溶質(zhì)的富集會限制α-Al枝晶的生長,當(dāng)富集區(qū)域濃度達(dá)到合金共晶成分點時,液相只有通過析出Si相的形式降低Si溶質(zhì)濃度,枝晶才能進(jìn)一步生長。實際凝固過程中Al-10Zn-8Si-0.35Mg合金組織中出現(xiàn)的粗大Si相的形成原因正是與液固界面的Si溶質(zhì)富集有關(guān)。而且粗大Si相的尺寸和數(shù)量受冷速和枝晶數(shù)量的影響,冷速越小,Si相的數(shù)量越多,尺寸越大;增加枝晶的形核數(shù)量使得枝晶呈細(xì)小的等軸狀,促進(jìn)了溶質(zhì)的均勻分布,降低了液固界面前沿Si溶質(zhì)的富集程度。
【圖文】：

圖 1-1 二元 Al-Zn 合金相圖[7]鑄造 AlZnSiMg 合金來說，由于成分中 Si 的存在（ZL401 的成鑄造性能和耐腐蝕性能都很好。而且 Al-Zn-Si 三元體系反應(yīng)相似。圖 1-2 為 Si-Zn 二元相圖，其特征就是不存在中間相，應(yīng)，反應(yīng)溫度比 Zn 的熔點低 0.58oC，且共晶成分中 Si 含量于 Zn 和 Si 的這種特性，Zn 可以被用來提純晶體 Si[8]。表 1-1 ZL401 合金的成分元素種類 Zn Si Mg Fe Al含量（wt.%） 9.0-13.0 6.0-8.0 0.3 0.5 余量l-Zn-Si 體系的三元相圖信息[4]，其三元共晶反應(yīng)如式 1-1 所示：o384 CL → Al（ 5 .1 wt.%） + Zn(94.85 wt.%)+Si(0.05 wt.%)顯示，三元共晶反應(yīng)的發(fā)生對 Zn 的濃度要求很高，由于 Zn 在

圖 1-2 Si-Zn 二元相圖 鑄造鋁合金的組織細(xì)化鑄造鋁合金中得到細(xì)化的晶粒的方法主要可以分為兩種，即孕育形核法和外場法。孕育形核法，主要采用向熔體中添加細(xì)化劑的方法或在熔體中原位生成大質(zhì)點的方法為 α-Al 提供異質(zhì)形核基底，從而促進(jìn) α-Al 的形核并達(dá)到細(xì)化 α-Al果[12, 13]。另一種細(xì)化 α-Al 枝晶的方法被稱為外場輔助形核法，主要通過在熔局部強制對流來實現(xiàn)，熔體中的局部強制對流可以使得枝晶臂不斷從母相枝晶離出去，形成均勻的分布，進(jìn)而在熔體中產(chǎn)生大量較為穩(wěn)定的固相質(zhì)點，，這些即可作為 α-Al 優(yōu)質(zhì)的形核基底，使得 α-Al 枝晶獲得良好的細(xì)化效果。目前，優(yōu)良效果的的外場輔助方法主要有機(jī)械攪拌、電磁攪拌、超聲波振動和氣體鼓00]，但是這些方法由于受到時間和經(jīng)濟(jì)成本的限制，很難在工業(yè)上規(guī)模應(yīng)用。而
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21

【相似文獻(xiàn)】

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1 顧騰飛;鑄造AlZnSiMg合金的組織調(diào)控及對性能的影響[D];東南大學(xué);2018年

本文編號：2681026