过共晶铝硅合金组织细化、均匀化的研究
Refinement,Homogenization Research on Microstructure of Hypereutectic Al-Si Alloy
A390过共晶铝硅合金由于具有轻质、高强、高耐磨、高耐热性及较低的热膨胀性等优点,通常用来制造汽车发动机活塞、转子,斜盘等关键部件.但是A390微观组织中通常存在粗大初生硅及初生硅偏聚现象,,严重降低了合金的力学性能.由于A390合金中Si的含量比较高,大约为16%-18%,在普通铸造下,初生Si一般都比较粗大,呈五瓣星形状、板片状、八面体和其它复杂形貌且棱角锋利,严重割裂基体,这样降低了过共晶铝硅合金的力学性能和切削加工性能,尤其是塑性显著降低.改变初生硅的形态,细化初生硅的尺寸,减小其对基体性能的削弱作用,是提高过共晶铝硅合金性能的有效途径.本文以A390过共晶铝硅合金为研究对象,通过研究冷却速度和电磁搅拌对过共晶铝硅合金组织初生硅的尺寸、形貌和分布的影响规律,重点从理论角度研究了冷却速度对初生硅的形核过冷度的影响规律,深入研究了电磁搅拌对过共晶铝硅合金熔体温度场和成分场的影响,最后对细化前后的力学性能和摩擦性能进行了对比.具体的研究结果如下:(1)通过对在不同冷却方式下的冷却曲线及其一阶微分曲线分析可知:冷却速度的变化会改变A390熔体冷却曲线,影响初生硅的形核过冷度和长大过程,冷却速度越大,有助于缩短初生硅的凝固时间,增大熔体的过冷度,增大初生硅的形核率.从理论上证明了随着冷却速率越大,过冷度也增大,当冷却速度快速增大到某一极限时,过冷度对冷却速率的一次微分值趋近于0,这说明即使冷却速度无限大,过冷度也不可能无限增大到某一值,即熔体凝固的过冷度存在一个上限极值.冷却速度的增大同样抑制了硅原子和杂质元素的扩散,使得初生硅的生长过程受到影响,使得初生硅组织更细小,随着冷却速度的增大,初生硅的尺寸由120gm左右减小到40μm左右.(2)电磁搅拌加快了熔体热量的释放,使得熔体获得了均匀的温度场和成分场,通过对不同冷却速度下铸锭组织的对比可知,初生硅的尺寸由由未搅拌的40μm减小到25gm左右,形态也变得圆整,因此要想使组织细化,均匀化,必须获得均匀的温度场(均匀的过冷度)、获得较大的过冷度才可以实现.并探讨了搅拌温度,搅拌时间,搅拌电流不同的工艺参数对A390初生硅组织的影响规律,最后分析了电磁搅拌的搅拌温度对熔体中Si原子集团的影响规律.(3)通过以上措施对A390的组织进行细化、均匀化处理后,发现其抗拉强度较未处理前提高了39MPa,断后延伸率提高了0.5%,使得裂纹不容易在初生硅的尖端产生,减小了应力集中.而且摩擦深度,摩擦宽度和摩擦系数也l相应地减小,摩擦性能也相应的提高.
- 作者：
- 冯京
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 徐骏
- 中图分类号：
- TG292
- 关键词：
- 初生硅；冷却速度；过冷度；电磁搅拌；熔体
- primary silicon；cooling rate；undercooling degree；electromagnetic stirring；the melt