隨著能源、環(huán)境和安全問題的日益嚴峻,材料輕量化成為交通運輸、航空航天等行業(yè)發(fā)展的新方向,而鑄造Al-Si合金因其低密度、比強度高、耐磨性和耐腐蝕性良好等優(yōu)點成為材料輕量化發(fā)展方向的優(yōu)選材料。然而,鑄造Al-Si合金微觀組織由發(fā)達的α-Al枝晶和粗大的Si相組成。合金中粗大的初生Si和共晶Si分布于基體上會破壞基體的連續(xù)性,并且存在的尖端和棱角在載荷作用下容易引起應力集中,使得合金的力學性能降低。為了提高鑄造Al-Si合金的力學性能,化學變質(zhì)是細化α-Al和變質(zhì)Si相的有效方法。因此,本文進行了合金元素對Al-Si合金微觀組織、力學性能和摩擦性能的影響研究,為Al-Si合金的工業(yè)化應用提供科學依據(jù)和理論指導。本文以過共晶Al-20Si合金中初生Si和共晶Si以及亞共晶Al-7Si合金中α-Al枝晶和共晶Si為研究對象,采用光學顯微鏡、場發(fā)射掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀和差示掃描量熱分析儀研究Al-Fe和Al-20Si-2.5Fe-2Mn中間合金對過共晶Al-20Si合金中初生Si和共晶Si的形貌及尺寸的影響;研究Al-20Si-2.5Fe-2Mn/Y對亞共晶Al-7Si合... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Al-Si合金相圖[6]

Al-Si-Fe-Mn(Y)中間合金對Al-Si合金的變質(zhì)研究2Si。相圖中共晶點的Si量等于12.6%，為共晶Al-Si合金，其凝固過程為L→共晶α-Al+共晶Si，最終凝固組織為共晶組織。過共晶Al-Si合金（Si含量大于12.6%）的凝固過程為L→L+初生Si→初生Si+共晶組織（α-Al共晶+共晶Si），最終形成的凝固組織為α-Al、初生Si和共晶Si。圖1.1Al-Si合金相圖[6]Figure1.1PhasediagramofAl-Sialloys[6]1.2.1亞共晶Al-Si合金圖1.2亞共晶Al-Si合金中粗大的α-Al枝晶以及針狀和片狀共晶Si:(a)α-Al;(b)共晶SiFigure1.2Thecoarseα-Aldendrites,needle-likeandplate-likeeutecticSiinhypoeutecticAl-Sialloy:(a)α-Al;(b)eutecticSi在鑄態(tài)未細化和變質(zhì)條件下，亞共晶Al-Si合金組織主要由粗大的α-Al枝晶和板片狀或長針狀共晶Si組成，如圖1.2所示。在亞共晶Al-Si合金凝固過程中，首先析出α-Al的單相組織，其晶體生長過程不僅受溫度的影響，更主要受溶質(zhì)濃度的影響。根據(jù)經(jīng)典凝固理論，當單相凝固平界面生長達到穩(wěn)定狀態(tài)后，對于溶質(zhì)平衡分配系數(shù)(k0)小于1的亞共晶Al-Si合金，其固液(S/L)界面前沿的液相內(nèi)將會形成穩(wěn)定的溶質(zhì)

碩士學位論文3富集層，利用Al-Si合金平衡相圖，可以得到晶體生長前沿液相的“成分過冷”區(qū)[7-9]。然而，在實際凝固過程中干擾是不可避免的，它會影響該“成分過冷”區(qū)內(nèi)液相的穩(wěn)定性，形成了使S/L界面擾動得以發(fā)展的驅(qū)動力，如圖1.3(a)所示[10]。圖1.3(b)給出了亞共晶Al-Si合金單相凝固時液相內(nèi)實際溫度梯度(Tq)小于液相線溫度梯度(TL)的情況，出現(xiàn)“成分過冷”區(qū)的形成，使得單相凝固平界面被破壞，形成樹枝晶，并且隨著界面擾動增強，使得凸入液相內(nèi)的S/L界面推進速度越快，其界面形態(tài)凹凸不平，更有利于枝晶的生長[7,10]。另外，α-Al枝晶的晶體學擇優(yōu)長大方向為<001>晶向，而且其熱流在各個方向是一致的。因此，在晶體長大過程中，在一次枝晶臂上還可以長出<001>晶向的二次枝晶臂，如圖1.2(a)所示。隨著凝固過程的繼續(xù)進行，在共晶溫度時剩余液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成了（α-Al+Si）的共晶團。在共晶溫度以下，共晶α-Al依附于領(lǐng)先析出的初生α-Al長大，凝固結(jié)束時形成形貌相近的α-Al枝晶。圖1.3亞共晶Al-Si合金中S/L界面前沿成分過冷對α-Al形貌的影響[10]:(a)成分過冷區(qū);(b)α-Al枝晶形貌Figure1.3Theinfluenceofconstitutionalunder-coolingatthefrontoftheS/Linterfaceonthemorphologyofα-AlphaseinhypoeutecticAl-Sialloy[10]:(a)theregionofconstitutionalunder-cooling;(b)themorphologyofα-Aldendrites對于共晶Si的生長，因為Al-Si合金屬于金屬型-非金屬型合金，故其共晶特征為非規(guī)則共晶（非小平面-小平面）。由于固液界面呈小平面的Si晶體長大的各向異性（例如晶面能、傳熱、傳質(zhì)和最優(yōu)生長方向），S/L界面為特定的晶面，在共晶團長大過程中，α-Al相和共晶Si也依靠液相中溶質(zhì)原子的擴散而“合作”長大，所形?


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