本文關(guān)鍵詞：不同狀態(tài)Al-10Sr變質(zhì)劑及冷卻速度對ZL114A合金組織與性能的影響

  更多相關(guān)文章： 冷卻速度 不同狀態(tài)Al-10Sr ZL114A 共晶硅 變質(zhì)

【摘要】：ZL114A合金不僅具有優(yōu)良的鑄造性能、焊接性能、耐腐蝕性能,而且具有較低的密度和良好的綜合力學(xué)性能,因此廣泛應(yīng)用于汽車、軌道交通、航空航天等領(lǐng)域。ZL114A合金中共晶硅的尺寸和形貌對合金的機械性能,尤其是斷裂延伸率至關(guān)重要。變質(zhì)處理可以顯著改善共晶硅的尺寸和形貌,從而提高合金的力學(xué)性能。共晶硅變質(zhì)與凝固過程密切相關(guān)。本文主要研究了不同狀態(tài)的Al-10Sr變質(zhì)劑及凝固過程中的冷卻速度對ZL114A合金中共晶硅尺寸、形貌的影響,并討論了不同狀態(tài)Al-10Sr中間合金對共晶硅變質(zhì)效果的差異,分析了Al-10Sr中間合金變質(zhì)共晶硅的冷卻速度敏感性。對常規(guī)鑄態(tài)Al-10Sr中間合金進(jìn)行重熔快速凝固以及后續(xù)的軋制處理,制備了快速凝固態(tài)和軋制態(tài)Al-10Sr中間合金。顯微組織分析表明,常規(guī)鑄態(tài)、快速凝固態(tài)、軋制態(tài)Al-10Sr中間合金中初生Al4Sr相的尺寸逐漸減小,Al4Sr相的平均寬度分別為26.4μm、15.8μm和3.3μm。DSC熱分析表明它們的熔化焓逐漸減小,分別為441.8J/g、375.9J/g和315.6J/g。對不同狀態(tài)Al-10Sr變質(zhì)的ZL114A合金在750℃保溫30 min,其中Sr的加入量為0.02wt.%,研究發(fā)現(xiàn)常規(guī)鑄態(tài)、快速凝固態(tài)、軋制態(tài)Al-10Sr中間合金對共晶硅的變質(zhì)效果逐漸減弱,這是由于Sr的加入量不足以及不同狀態(tài)Al-10Sr中間合金在熔煉過程中Sr的燒損程度不同導(dǎo)致的。此外,凝固過程中冷卻速度的提高可以在一定程度上縮小這種變質(zhì)效果的差異。對不同狀態(tài)Al-10Sr變質(zhì)的ZL114A合金分別在750℃保溫不同時間,其中Sr的加入量為0.02wt.%,試驗表明,常規(guī)鑄態(tài)Al-10Sr最佳保溫時間為30 min,快速凝固Al-10Sr最佳保溫時間為15 min,而軋制Al-10Sr在750℃下不同保溫時間的變質(zhì)效果均不理想。為了尋求軋制Al-10Sr中間合金對共晶硅變質(zhì)的最佳工藝,實驗中降低熔體溫度,對軋制Al-10Sr變質(zhì)的ZL114A合金分別在720℃保溫不同時間,其中Sr的加入量仍為0.02wt.%,結(jié)果表明,保溫15 min時共晶硅變質(zhì)效果最好�？梢酝茢�,750℃時軋制Al-10Sr對共晶硅變質(zhì)效果較差是因為750℃時變質(zhì)的孕育期較短導(dǎo)致熔體中游離態(tài)Sr長時間存在,同時熔體溫度較高時Sr元素?zé)龘p嚴(yán)重,此外Sr的加入量較少,三者共同作用導(dǎo)致熔體中有效Sr含量不足。根據(jù)以上分析可知,Al-10Sr中間合金變質(zhì)ZL114A合金的孕育期不僅與Al4Sr的尺寸有關(guān),還與熔體溫度密切相關(guān)。Al4Sr的尺寸越小,熔體溫度越高,Sr變質(zhì)的孕育期越短,但同時Sr的燒損也越嚴(yán)重。需要指出的是,實驗中三種不同狀態(tài)Al-10Sr中間合金對共晶硅的有效變質(zhì)時間均較短,這是由于Sr的加入量不足以及變質(zhì)處理保溫過程中Sr元素的燒損引起的。對不同狀態(tài)Al-10Sr變質(zhì)的ZL114A合金在720℃保溫15 min,其中Sr的加入量為0.04wt.%,研究發(fā)現(xiàn)常規(guī)鑄態(tài)、快速凝固態(tài)、軋制態(tài)Al-10Sr中間合金對共晶硅的變質(zhì)效果越來越好,共晶硅尺寸越來越細(xì),分枝越來越多。變質(zhì)效果的這種差異與Al-10Sr中間合金的組織遺傳效應(yīng)以及Al4Sr分解出游離態(tài)Sr的固液界面反應(yīng)動力學(xué)有關(guān)。對未變質(zhì)ZL114A合金在砂型、鐵模、銅模中凝固的研究表明,凝固過程中冷卻速度的增加不僅可以細(xì)化初生α-Al,而且可以顯著改善共晶硅的尺寸和形貌,共晶硅從粗大的板片狀變?yōu)榧?xì)小的針狀,并且分枝明顯增多。隨著凝固過程中冷卻速度的提高,T6態(tài)合金共晶硅的平均尺寸和等效橢圓長短軸之比逐漸減小,合金的力學(xué)性能尤其是斷裂延伸率大幅提高,斷裂特征從脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂。對常規(guī)鑄態(tài)Al-10Sr中間合金變質(zhì)的ZL114A合金在砂型、鐵模、銅模中凝固的研究表明,Al-10Sr中間合金對共晶硅變質(zhì)的冷卻速度敏感性較大。低冷速時,變質(zhì)不充分,共晶硅尺寸和間距均較大。隨著冷卻速度的提高,共晶硅尺寸顯著減小,分枝明顯增多。銅模鑄造的合金T6態(tài)抗拉強度為331.7±4.3MPa,延伸率為9.4±2.7%,綜合指標(biāo)為477.6MPa,分別比砂型鑄造的合金提高了10.8%、327.3%和36.2%。
【關(guān)鍵詞】：冷卻速度 不同狀態(tài)Al-10Sr ZL114A 共晶硅 變質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG292;TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-28
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 Al-Sr中間合金的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 Al-Sr中間合金的制備13-14
• 1.2.2 Al-Sr中間合金的應(yīng)用14-15
• 1.3 工藝參數(shù)對亞共晶鋁硅合金凝固組織的影響15-17
• 1.3.1 冷卻速度對鋁硅合金凝固組織的影響15-16
• 1.3.2 熔體溫度對鋁硅合金凝固組織的影響16-17
• 1.4 亞共晶鋁硅合金共晶硅的變質(zhì)機制17-23
• 1.4.1 未變質(zhì)鋁硅合金中共晶硅生長的TPRE機制17-19
• 1.4.2 共晶硅變質(zhì)的形核機制—抑制形核理論19-21
• 1.4.3 共晶硅變質(zhì)的長大機制—雜質(zhì)誘發(fā)孿晶理論21-23
• 1.5 共晶硅變質(zhì)對亞共晶鋁硅合金組織和性能的影響23-25
• 1.5.1 變質(zhì)對亞共晶鋁硅合金晶粒尺寸的影響24
• 1.5.2 變質(zhì)對亞共晶鋁硅合金致密度的影響24
• 1.5.3 變質(zhì)對亞共晶鋁硅合金力學(xué)性能的影響24-25
• 1.5.4 變質(zhì)對亞共晶鋁硅合金電導(dǎo)率的影響25
• 1.6 課題主要研究內(nèi)容25-28
• 第2章 實驗材料及研究方法28-36
• 2.1 實驗原材料28-29
• 2.2 實驗設(shè)備及材料制備29-31
• 2.2.1 Al-10Sr中間合金的制備29
• 2.2.2 ZL114A合金的熔煉及制備29-31
• 2.2.3 ZL114A合金共晶硅的半固態(tài)液淬實驗31
• 2.3 熱處理工藝31-32
• 2.4 顯微組織觀察及熱分析32-33
• 2.4.1 金相組織分析32
• 2.4.2 掃描電鏡分析32-33
• 2.4.3 差示掃描量熱分析33
• 2.5 力學(xué)性能檢測33
• 2.6 實驗用澆注模具33-34
• 2.7 實驗技術(shù)路線34-36
• 第3章 不同狀態(tài)Al-10Sr變質(zhì)劑對ZL114A合金組織及力學(xué)性能的研究36-72
• 3.1 不同狀態(tài)Al-10Sr中間合金的制備結(jié)果分析36-40
• 3.1.1 Al-Sr二元相圖分析36-37
• 3.1.2 Al-10Sr中間合金的物相分析37
• 3.1.3 不同狀態(tài)Al-10Sr中間合金的顯微組織分析37-40
• 3.2 不同狀態(tài)Al-10Sr變質(zhì)劑對ZL114A合金凝固組織的影響40-51
• 3.2.1 不同狀態(tài)Al-10Sr對砂型鑄造ZL114A合金凝固組織的影響40-45
• 3.2.2 不同狀態(tài)Al-10Sr對鐵模鑄造ZL114A合金凝固組織的影響45-49
• 3.2.3 不同狀態(tài)Al-10Sr對銅模鑄造ZL114A合金凝固組織的影響49-51
• 3.3 保溫時間對不同狀態(tài)Al-10Sr變質(zhì)ZL114A合金組織及性能的影響51-64
• 3.3.1 保溫時間對鑄態(tài)Al-10Sr變質(zhì)ZL114A合金凝固組織的影響51-52
• 3.3.2 保溫時間對快凝Al-10Sr變質(zhì)ZL114A合金組織及性能的影響52-57
• 3.3.3 保溫時間對軋制Al-10Sr變質(zhì)ZL114A合金組織及性能的影響57-64
• 3.4 不同狀態(tài)Al-10Sr變質(zhì)劑對ZL114A合金共晶硅變質(zhì)的對比分析64-71
• 3.4.1 不同狀態(tài)Al-10Sr中間合金的熱分析64-65
• 3.4.2 不同狀態(tài)Al-10Sr變質(zhì)劑對共晶硅變質(zhì)效果的對比分析65-69
• 3.4.3 不同狀態(tài)Al-10Sr變質(zhì)劑對共晶硅變質(zhì)機理的探討69-71
• 3.5 本章小結(jié)71-72
• 第4章 冷卻速度對未變質(zhì)及Sr變質(zhì)ZL114A合金組織與性能的研究72-94
• 4.1 冷卻速度對未變質(zhì)ZL114A合金組織及力學(xué)性能的影響72-84
• 4.1.1 冷卻速度對未變質(zhì)ZL114A合金凝固組織的影響72-78
• 4.1.1.1 冷卻速度對未變質(zhì)ZL114A合金初生 α-Al的影響72-74
• 4.1.1.2 冷卻速度對未變質(zhì)ZL114A合金共晶組織的影響74-78
• 4.1.2 冷卻速度對未變質(zhì)ZL114A合金T6態(tài)組織的影響78-81
• 4.1.3 冷卻速度對未變質(zhì)ZL114A合金T6態(tài)力學(xué)性能的影響81-83
• 4.1.4 冷卻速度對未變質(zhì)ZL114A合金T6態(tài)斷口形貌的影響83-84
• 4.2 冷卻速度對Al-10Sr變質(zhì)ZL114A合金組織和力學(xué)性能的影響84-91
• 4.2.1 冷卻速度對Al-10Sr變質(zhì)ZL114A合金凝固組織的影響85-88
• 4.2.2 冷卻速度對Al-10Sr變質(zhì)ZL114A合金T6態(tài)組織的影響88-90
• 4.2.3 冷卻速度對Al-10Sr變質(zhì)ZL114A合金T6態(tài)性能的影響90-91
• 4.3 本章小結(jié)91-94
• 第5章 結(jié)論94-96
• 參考文獻(xiàn)96-102
• 致謝102

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本文編號：530214