本文關鍵詞：彌散型A1-P系中間合金及其應用的研究

  更多相關文章： 過共晶Al-Si合金 Al-P中間合金 AlP 異質(zhì)形核 液固反應

【摘要】：過共晶Al-Si系合金具有比強度高、耐磨性好、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)良性能,在耐磨性要求較高的發(fā)動機零部件行業(yè)具有廣泛的應用前景。然而其細化處理過程通常需要較高的熔煉和澆注溫度,無法適應壓鑄低溫生產(chǎn)要求。因此,研究過共晶Al-Si合金的低溫細化技術(shù),優(yōu)化其微觀組織,對提升產(chǎn)品質(zhì)量、推廣其在壓鑄行業(yè)的廣泛應用具有十分重要的意義。本文以Al-P和Al-Fe-P中間合金為研究對象,采用變形和原位合成兩種手段,優(yōu)化AlP顆粒的尺寸分布,使之彌散化并成為初晶Si潛在晶種,提高AlP對初晶Si的異質(zhì)形核效率,實現(xiàn)低溫細化效果。研究了變形對Al-P中間合金中AlP分布形態(tài)及其低溫細化行為的影響,提出了變形過程AlP/Al界面轉(zhuǎn)變機制；研究分析了Al-Fe-P體系反應熱力學條件,建立了其擴散反應動力學模型,表征漸進式反應階段微觀組織及反應產(chǎn)物,并分析了該體系固-固、固-液轉(zhuǎn)變機制；研究了含有納米尺度AlP晶種的彌散型Al-Fe-P中間合金對A390合金的低溫細化工藝,并研究了彌散型Al-P系中間合金在過共晶Al-Si合金擠壓鑄造及高壓鑄造(壓鑄)生產(chǎn)中的中試應用。本工作主要進展成果如下：(1)變形對Al-P中間合金低溫細化行為的影響及AlP/Al界面轉(zhuǎn)變機制研究發(fā)現(xiàn),變形可顯著降低AlP顆粒的尺寸并改善其分布,實現(xiàn)AlP顆粒的彌散化。變形溫度影響AlP/Al界面活性,進而影響其細化行為：室溫變形迫使AlP/Al界面破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂杀砻?使AlP顆粒難以被Al-Si熔體有效潤濕,降低有效形核粒子的數(shù)目；而高溫變形通過熱量作用驅(qū)動AlP/Al界面間原子擴散,發(fā)生界面破壞-再生轉(zhuǎn)變,從而提高形核效率。當變形溫度為550℃時,可以在730℃、保溫30min條件下將初晶Si平均尺寸從137μm細化至21μm,拉伸強度相應提高了9.9%。(2)Al-Fe-P體系中彌散型AlP的生成及演變機制本文系統(tǒng)研究了溫度、Fe-P顆粒尺寸、保溫時間對Al-Fe-P體系擴散反應速率的影響,分析了Al-Fe-P體系反應熱力學條件,建立了其擴散反應動力學模型�？刂艫l-Fe-P體系的反應參數(shù),可以依次獲得FexP物相的微觀組織從“蛋黃”結(jié)構(gòu)、“海綿狀”結(jié)構(gòu)至“芝麻餅”結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。當制備溫度為鋁液相線以下時,Al原子向Fe-P顆粒單向擴散,推動Al/Fe-P界面向Fe-P顆粒中心移動,促使(Al, Fe, P)過渡相中Al含量逐漸增加,彌散型AlP逐漸析出長大,同時伴隨著AlxFey從Al/Fe原子比低的物相向原子比高的物相漸進式轉(zhuǎn)變,直到獲得最終產(chǎn)物AlP和Al13Fe4。而在液-固反應階段,反應機制為熔體激活Al、Fe原子進行雙向擴散反應；Al與FexP在界面處反應生成AlP和Al13Fe4物相,但同時伴隨著Al13Fe4在界面進行動態(tài)溶解-析出的低共熔反應,導致AlP顆粒在熔體中得以擴散均勻,而Fe原子受到界面處化合物Al13Fe4的阻礙則富集形成環(huán)狀骨架。(3)彌散型Al-(Fe)-P中間合金的低溫細化行為及工業(yè)應用控制反應參數(shù),制備一種含有納米尺度AlP顆粒的彌散型Al-Fe-P中間合金。研究了該中間合金對A390合金的低溫細化工藝,發(fā)現(xiàn)最佳工藝為采用550℃制備的中間合金、保溫時間30min、細化劑加入量為280ppm條件下,可在細化溫度為720℃時將初晶Si平均尺寸由1471μm細化至25μm。將變形Al-P中間合金及新型Al-Fe-P中間合金應用于擠壓鑄造A390合金的工業(yè)生產(chǎn)中,發(fā)現(xiàn)對A390合金的初晶Si起到了良好的細化作用,并對共晶Si起到了良好的變質(zhì)作用,合金的硬度和耐磨性均有良好的改善。添加變形Al-P中間合金可將初晶Si平均尺寸細化至20μm以下,耐磨性提高了16.9%；經(jīng)過彌散型Al-Fe-P中間合金細化后初晶Si細化至23μm,耐磨性提高了12%。將Al-Fe-P合金應用于壓鑄ADC14合金中的中試試驗,獲得了初晶Si平均尺寸為5μm左右的彌散組織,且硬度顯著提高。
【關鍵詞】：過共晶Al-Si合金 Al-P中間合金 AlP 異質(zhì)形核 液固反應
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-16
• 本文的創(chuàng)新點與主要貢獻16-17
• 第一章 緒論17-33
• 1.1 鋁合金在壓鑄行業(yè)的應用現(xiàn)狀17-22
• 1.1.1 引言17-19
• 1.1.2 Al-Si合金在壓鑄生產(chǎn)中的應用19-20
• 1.1.3 壓力鑄造條件下過共晶Al-Si合金的凝固組織特點20-22
• 1.2 過共晶Al-Si合金細化處理的研究現(xiàn)狀22-26
• 1.2.1 過共晶Al-Si合金的細化處理23-24
• 1.2.2 AlP顆粒在Al-Si熔體中的溶解與形核行為分析24-25
• 1.2.3 提高AlP顆粒對初晶Si細化效率的方法25-26
• 1.3 適應于壓鑄生產(chǎn)的低溫細化處理技術(shù)26-29
• 1.3.1 過共晶Al-Si合金的壓鑄生產(chǎn)工藝26-28
• 1.3.2 低溫細化處理對Al-P系中間合金帶來的要求及挑戰(zhàn)28-29
• 1.4 本文選題意義及研究內(nèi)容29-30
• 參考文獻30-33
• 第二章 試驗材料及研究方法33-37
• 2.1 引言33
• 2.2 研究思路及技術(shù)路線33-34
• 2.3 試驗材料及試驗方法34-35
• 2.3.1 試驗材料及制備方法34
• 2.3.2 試驗設備及輔助工具34-35
• 2.3.3 試樣的制備35
• 2.4 試樣的組織結(jié)構(gòu)表征及性能測試35-37
• 2.4.1 組織結(jié)構(gòu)的顯微分析35-36
• 2.4.2 性能測試36-37
• 第三章 變形對Al-P合金中AlP分布形態(tài)及低溫細化行為的影響37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 Al-3.5P合金變形后AlP分布形態(tài)分析37-40
• 3.3 變形對Al-3.5P中間合金的低溫細化行為的影響40-43
• 3.4 變形過程中AlP/Al界面轉(zhuǎn)變機制43-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 參考文獻47-49
• 第四章 Al-Fe-P體系中彌散型AlP原位合成及控制49-71
• 4.1 引言49
• 4.2 Al-Fe-P合金制備及Al/Fe-P界面的擴散反應49-58
• 4.2.1 Al-Fe-P體系反應熱力學分析50-51
• 4.2.2 制備溫度對Al-Fe-P合金微觀組織的影響51-54
• 4.2.3 Fe-P顆粒尺寸對Al-Fe-P合金反應進程的影響54-55
• 4.2.4 保溫時間對Al-Fe-P合金反應進程的影響55-56
• 4.2.5 Al-Fe_xP反應的動力學分析56-58
• 4.3 Al-Fe-P體系中AlP顆粒的原位合成及演變機制58-66
• 4.4 Al-Fe-P體系的液固反應機制及模型建立66-69
• 4.5 本章小結(jié)69-70
• 參考文獻70-71
• 第五章 彌散型Al-(Fe)-P中間合金的低溫細化行為與工業(yè)應用71-85
• 5.1 引言71
• 5.2 彌散型Al-Fe-P合金對A390合金的低溫細化行為研究71-76
• 5.2.1 正交試驗參數(shù)設計71-72
• 5.2.2 最優(yōu)化工藝分析72-75
• 5.2.3 細化機制分析75-76
• 5.3 Al-(Fe)-P中間合金在擠壓鑄造生產(chǎn)中的應用76-80
• 5.3.1 Al-(Fe)-P中間合金對擠壓鑄造條件下A390合金的細化行為76-78
• 5.3.2 Al-(Fe)-P中間合金對擠壓鑄造條件下A390合金的性能影響78-80
• 5.4 Al-Fe-P中間合金在壓力鑄造生產(chǎn)中的應用80-84
• 5.5 本章小結(jié)84
• 參考文獻84-85
• 第六章 結(jié)論85-87
• 致謝87-89
• 附錄89-90
• 附錄(Ⅰ)：攻讀碩士學位期間發(fā)表論文89
• 附錄(Ⅱ)：攻讀碩士學位期間參加的學術(shù)會議89
• 附錄(Ⅲ)：攻讀碩士學位期間獲得獎勵89-90
• 附件90

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