张维钧[1]2007年在《电磁搅拌制备半固态Al-25%Si合金的工艺及理论研究》文中研究表明本文采用电磁搅拌制备半固态过共晶A1-25%Si合金,该研究是扩展铝硅合金材料应用的探索性工作。过共晶铝硅合金是重要的轻质耐磨材料,电磁搅拌方法是一种新兴的金属成形技术,能更经济地制备出理想的半固态合金。因此本研究具有较大的材料开发和生产应用价值。进行了电磁搅拌制备半固态过共晶A1-25%Si合金浆料的工艺研究,讨论了工艺参数对合金微观组织和使用性能的影响规律,初步分析了在电磁搅拌过程中合金微观组织演变机理。通过上述实验和理论研究得到的主要研究结论如下:1)电磁搅拌可以制备较理想的半固态过共晶A1-25%Si合金浆料,可大幅度改善初晶硅的形貌、大小和分布,继而提高浆料的综合使用性能。搅拌温度、功率和时间等工艺参数对半固态合金浆料的组织和性能有影响。2)当搅拌温度为580℃、搅拌功率为4.8kW、搅拌时间在20min～30min条件下可以得到组织和性能俱佳的半固态过共晶A1-25%Si合金浆料。3)电磁搅拌作用下的过共晶铝硅合金熔体中,初晶硅主要是在粘性液体的带动下运动的,并且可能通过机械作用、抑制各向异性生长作用和促进熟化作用实现其细化及球团化。4)过共晶铝硅合金经半固态电磁搅拌处理后,由于初晶硅的细化和边角钝化,合金的机械性能得到显着提高。
彭着刚[2]2005年在《半固态过共晶铝硅合金的电磁搅拌工艺与性能研究》文中认为过共晶铝硅合金具有低密度、良好的热稳定性和高耐磨性,是一种理想的耐磨耐热材料。过共晶铝硅合金在耐磨性能和物理性能上的优势性随着硅含量的增加而更加明显,但同时其力学性能低、切削性能差的缺点也变得非常突出,使大过共晶铝硅合金的应用受到限制。半固态金属成形技术作为一项新兴的金属成形技术,是一种具有巨大发展潜力的加工技术。本文利用实验室自行研制的电磁搅拌装置,对过共晶铝硅合金进行了等温电磁搅拌实验和连续冷却电磁搅拌实验,考察了温度、搅拌时间、冷却速度、搅拌功率等工艺参数对合金微观组织的影响规律。 研究结果表明:电磁搅拌取得了较好的效果,搅拌20 min～30 min时,初生硅的尺寸明显变小,分布更加均匀,初生硅的边角更加钝化,细化后的初生硅粒子均匀分布到周围的基体上。 等温电磁搅拌时,等温温度在580℃时,熔体的过冷度较600℃时大,熔体的固相率高,有利于初生硅相互碰撞和摩擦,使初生硅更加细小均匀。但低温也有其负面影响,在搅拌时间过长时,初生硅容易团聚长大。连续冷却电磁搅拌时,在搅拌时间超过30 min后,初生硅会团聚长大。随着冷却速度的增大,合金熔体的过冷度也增大,会析出更多的晶核,使初生硅的尺寸变小,因此在相同搅拌时间条件下,冷却速率越大,搅拌破碎后的初生硅越细小。但如果冷却速度过大会使搅拌时间受到限制,因此不能使冷却速度过大。在其它搅拌条件相同的情况下,搅拌功率提高后,电磁搅拌产生的剪切作用力增强,对初生硅的作用力更大;而且搅拌功率提高后,合金熔体的旋转速度增加,初生硅粒子碰撞的几率增加,使初生硅组织越细小。过共晶铝硅合金经半固态电磁搅拌处理后,由于初生硅的细化和边角钝化及球状α相的产生,合金的力学性能得到显着提高。
程钢[3]2001年在《复合处理制备半固态过共晶铝硅合金的研究》文中指出本课题采用自行设计制造的机械搅拌装置，利用半固态金届加工技术能破碎细化初生相的优点，对过共晶Al-Si合金进行半固态加工及变质细化复合处理，以获得具有球形初生相微粒的半固态Al-Si合金坯料。 本课题围绕着变质细化、搅拌强度、冷却速率等影响半固态加工效果的工艺参数进行实验。结果发现，剧烈的搅拌使得初生相在长大过程中，不断发生着枝晶臂的弯曲融合、熔断和机械断裂，从而使晶体以等轴生长及合并生长的方式向球形形态发展长大。较高的搅拌强度可以有效地减小初晶硅的尺寸，并使之边角钝化和均匀化；但当冷却速率太大时，由于搅拌时间缩短，则不利于球形初生相颗粒的生成。在半固态加工中同时加磷P进行变质细化有利于获得细化的初晶硅，并能减少半固态加工的时间，提高加工效率；但机械搅拌与稀土RE变质在对共晶硅的细化作用上产生了相互制约的作用，对共晶硅形貌的改善达不到单纯进行RE变质或搅拌的效果，因此在半固态铸造中采用RE进行变质是不必要的。 半固态铸造试棒比同种成分的金属型试棒的室温σ_b提高20～30％；延伸率δ提高2.8～4.5％，在相同的磨损条件下半固态铸造试样磨耗比金属型试样降低8～15％。
赵军峰[4]2010年在《Al-25Si组织控制与性能研究》文中研究表明过共晶铝硅合金具有低膨胀性、高的耐磨性、较小的比重和良好的导热性,但过共晶铝硅合金中普遍存在着初晶硅相粗大问题,严重割裂了基体,恶化了合金的力学性能,限制了其在工业的广泛应用。解决该类问题的有效方法是细化初晶硅相。目前,细化初晶硅相的方法较多,例如:对初晶硅相变质处理、挤压成形、采用快速凝固技术等。然而除了快速凝固技术效果较理想外,其他方法对提高合金性能尚没有明显的突破,而快速凝固技术还存在高成本和工艺过程复杂等问题。为此,本文开展了旨在改善过共晶铝硅合金微观组织,从而提高合金力学性能的研究工作。针对Al-25Si合金,通过变质处理、电磁铸造,以及半固态成形相结合的制备技术,从而对过共晶铝硅合金的初生硅相尺寸进行细化或控制,达到提高合金力学性能的目的。研究表明:Al-25Si经稀土变质后,初生硅的形貌由变质前粗大不规则形状转变为细小规则的球状;初生硅的尺寸由变质前的300μm左右细化到35μm左右;同时发现稀土发挥变质作用时,具有一个合适的时间范围,30min～40min可充分发挥稀土氧化物对过共晶铝硅合金中初生硅的变质效果。半固态成形后,合金组织发生了显着的变化,针片状共晶硅相变为细小的颗粒状,大尺寸初晶硅相也发生了明显的破碎细化和形状圆整化,分布更加均匀。半固态成形过程中采用的挤压比越高,合金组织细化越明显。经稀土变质后,铸态过共晶Al-25%Si合金的布氏硬度由变质前的91.3提高到99.8;抗拉强度由变质前的134.4MPa提高到178.4 MPa,提高了32.7%;经半固态成形后,Al -25%Si合金抗拉强度提高了78.9%,达到240.5MPa,伸长率由0.2%提高到4.3%,布氏硬度为120;随着挤压比的增大,力学性能也随之提高。
何明涛[5]2013年在《熔体复合处理制备过共晶铝硅合金组织及耐磨性能的研究》文中提出过共晶铝硅合金以其导热性好、密度低、热膨胀系数小、较高的耐磨耐腐蚀性能、尺寸稳定性好等诸多优点,成为制造活塞的理想材料。但是过共晶铝硅合金在铸造成形过程中,由于其结晶温度过宽,硅相的结晶潜热大,因此初生硅相在生长过程中易成为粗大的不规则的板块状或长条状,严重割裂基体,使合金的脆性升高,切削加工性能变差,使其大规模应用受到限制。目前针对如何改善初生硅相尺寸、形貌及在基体中的分布,国内外学者作了大量的研究。对初生硅相的细化方法目前主要分为化学变质法和动力学处理方法两大类。化学细化法主要是通过添加P和稀土元素进行变质处理来达到细化硅相的目的,动力学处理方法主要有快速凝固、熔体温度处理、半固态铸造等。目前对过共晶铝硅合金的性能研究主要体现在其摩擦磨损性能上。本文采用扩散凝固技术制备过共晶Al-22%Si合金,以纯A1和Al-30%Si合金为母合金,并与传统变质处理相结合,系统研究了不同混合方式和母合金不同预处理温度对初生硅相尺寸、形貌和分布及摩擦磨损性能的影响。实验结果表明：(1)采用扩散凝固技术制备过共晶Al-22%Si合金,可明显细化初生硅相,改善初生硅相尺寸及其在基体中的分布,提高合金的性能；(2)不同的混合方式,对目标合金组织的改善和性能的优化程度不同,液液混合下制备的合金组织中初生硅相形貌规整、分布均匀；(3)熔体复合处理可明显细化目标合金组织中初生硅相,改善其形貌和分布；复合处理方式不同,对组织的改善程度不同。与变质后固液混合相比,变质后液液混合所得组织中初生硅相尺寸细小,形貌圆整,在基体中分布均匀；(4)相同的处理条件下,合金的磨损率随载荷的增加而变大；相同载荷下,变质后液液混合并对试样进行热处理,所得的磨损率最低；不同的处理方式对合金组织和耐磨性能的优化程度不同,变质后液液混合并进行热处理能最大限度的提高合金的耐磨性能；(5)过共晶铝硅合金的摩擦磨损性能主要取决于组织中硅相粒状的尺寸、形貌及其在基体中的分布,尺寸细小、形貌圆整及在基体中均匀分布的硅粒子能有效的提高合金的耐磨性能。
郑志凯[6]2017年在《过共晶铝硅合金初生硅的铜质蛇形通道细化与性能》文中进行了进一步梳理本文以含硅量为30%和35%的过共晶铝硅合金为研究对象,采用机械振动铜质水冷蛇形通道浇注工艺和复合磷细化工艺制备过共晶铝硅合金,系统的研究了蛇形通道浇注工艺参数、含硅量和磷细化工艺参数等对过共晶铝硅合金组织中的初生硅晶粒的影响,并探讨了过共晶铝硅合金中初生硅晶体的形核长大,以及在本文实验条件下初生硅晶粒的细化机制和演变过程。在此基础上,研究了流变压铸对Al-30%Si合金试样力学性能的影响,并研究了T6处理对Al-30%Si合金性能的影响。本文取得的主要成果如下:(1)对于Al-30%Si过共晶铝硅合金,采用八弯道和十二弯道的机械振动蛇形通道浇注工艺均能充分地细化初生硅,最佳制备工艺为:浇注温度为850℃,振动频率为80Hz,振幅为0.5mm,铜质蛇形通道的弯道数量为8,此时初生硅的平均等效圆直径由87.6μm细化为29.8μm,晶粒的平均形状因子为0.726。(2)对于Al-30%Si过共晶铝硅合金,采用复合磷细化工艺能够进一步细化初生硅,最佳制备工艺为:浇注温度为860℃,磷细化剂加入量为1.4%,磷细化处理温度为900℃,磷细化保温时间为30min,振动频率为80Hz,振幅为0.5mm,铜质蛇形通道的弯道数量为8,此时初生硅的平均等效圆直径为22.4μm,晶粒的平均形状因子为0.617。(3)对于Al-35%Si过共晶铝硅合金,采用机械振动铜质水冷蛇形通道浇注工艺和复合磷细化工艺均不能充分细化初生硅,组织中始终存在粗大的板条状初生硅。(4)过共晶铝硅合金熔体在流经机械振动铜质蛇形通道的过程中,由于蛇形通道内壁的激冷作用,且通道内壁也可作为初生硅异质形核的基底,因此合金熔体内预存的硅原子集团能够在通道内壁处形成大量的初生硅晶核。同时对铜质蛇形通道施加的机械振动能够加速通道内壁处形成的初生硅晶核的剥落游离,提高合金熔体内初生硅晶体的有效形核率。此外,机械振动作用也能够增强合金熔体流经蛇形通道时熔体的紊流"自搅拌"作用,从而使得合金熔体与其中的初生硅晶粒的相对运动增强,抑制初生硅晶粒的长大,最终能够细化合金组织中的初生硅晶粒。(5)随着浇注温度的降低、振动频率和磷细化剂加入量的增大、压射比压的增大,Al-30%Si合金流变压铸试样的力学性能指标先增大后减小。最佳流变压铸工艺为:浇注温度为850℃,振动频率为80Hz,压射比压为60MPa,模具温度为200～250℃。此时Al-30%Si合金流变压铸试样的抗拉强度和伸长率均达到最大,最大抗拉强度为212.IMPa,最大伸长率为0.33%。(6)对于Al-30%Si合金流变压铸试样,较为合理的T6热处理工艺为:480℃下固溶6h,170℃下时效9h,此时Al-30%Si合金流变压铸试样的抗拉强度可达251.8MPa,相对应的伸长率为0.27%。(7)与铸态的拉伸试样相比,经T6热处理后,Al-30%Si合金流变压铸试样的力学性能得到了较大改善,抗拉强度提高了 21.6%,但是伸长率没有发生太大变化。在本文的实验条件下,T6处理的Al-30%Si合金流变压铸试样能够满足活塞合金的耐磨性和热膨胀性的要求。但是Al-30%Si合金流变压铸试样的室温伸长率均小于0.5%。
冉绍兵[7]2007年在《低过热度浇注弱电磁搅拌制备半固态Al-30%Si合金浆料的工艺研究》文中研究说明传统铸造方法制备的过共晶Al-30％Si合金中，初生Si呈板条状生长，在循环应力条件下，板头上的应力集中极大地降低其力学性能(抗拉强度和疲劳强度)；初生Si相硬度很高，使得该合金的机械加工性能很差；Si颗粒偏聚明显，造成材料的不均匀，严重影响其使用性能。为改善传统铸造Al-30％Si合金组织和性能方面的不足，充分挖掘Al-30％Si合金的应用潜力，加快其在活塞类材料领域的应用进程，本文在自行设计制作的设备基础上，针对Al-30％Si合金，将电磁搅拌技术和传统的低过热度浇注技术相结合，制备了半固态Al-30％Si合金浆料。本文首先通过差热分析确定了Al-30％Si合金的液相线温度为838℃。先在890℃浇注了常规铸造试样，然后在低于890℃的低过热度下浇注了半固态合金坯料，并分析了不同浇注温度下试样的显微组织变化情况。为进一步改善半固态Al-30％Si合金的显微组织和性能，对较低过热度浇注的合金施加不同程度的电磁搅拌，研究了浇注温度、电磁搅拌功率和搅拌时间对半固态Al-30％Si合金的组织变化和性能改善的影响规律。Image Tool软件显微组织量化分析结果表明，通过低过热度浇注弱电磁搅拌处理后，初生Si平均晶粒尺寸由138.8μm减小至11.49μm，而且形状圆整，均匀分布于基体上。硬度、摩擦磨损、热稳定性、抗拉强度及延伸率等性能试验分析表明，与常规铸态合金相比，半固态Al-30％Si合金的布氏硬度提高了74.59％，磨损速率减小了近1个数量级，在20～300℃有效温度范围内的热膨胀系数减小了22.16％，抗拉强度增加了46.91451MPa，延伸率提高了7.86倍。实验和分析结果表明：通过低过热度浇注弱电磁搅拌的方法成功制备出了初生Si聚集程度小、平均晶粒尺寸小、形状圆整、分布均匀的半固态Al-30％Si合金，显微组织、机械性能、力学性能和流变性都得到了较为理想的改善，提高了过共晶Al-30％Si合金的使用价值，为科学研究和实际生产提供了一定的指导意义。
周鹏飞[8]2012年在《Al-20Si变质与等温处理组织演变关系研究》文中提出本文以Al-20Si作为基体合金，研究了单一变质和复合变质对Al-20Si组织的影响，着重分析了不同变质机理；同时对单一变质和复合变质的Al-20Si进行了等温处理，分析了经等温处理的Al-20Si组织的演变特点，实验结果表明：经过变质等温处理后的初晶硅尺寸变质不大，但其棱角明显变钝；共晶硅向短杆状变化。还做了部分压铸实验，分析了压射速度对复合变质Al-20Si半固态成形的组织和性能的影响。研究结果表明：加入4%CuP10单一变质时，效果最佳，当CuP10加入量增多时，初晶硅反而变大，是由于AlP异质核心增多，而熔体尚未完全冷却到共晶温度点，硅原子不断往一次初晶硅和二次初晶硅上聚集，当长到一定程度时，相邻的两个或多个初晶硅之间发生合并，初晶硅合并后其尺寸较没合并前要大到两到叁倍，如果熔体温度过高，冷却比较慢，其尺寸还会进一步增大；当Sr变质时，加入1.5%AlSr13时的变质效果达到最佳，共晶硅同样呈点状分布，初晶硅也相对均匀的分布在基体上，同时α-Al枝晶也比较细小且弥散分布在基体上，Sr的加入促使柱状a枝晶形成的根本原因是Sr的加入改变了合金本身的性质，引起固液界面能降低；总体而言，RE对共晶硅的变质效果不如Sr的变质效果好，但Sr的加入会造成汉字状初晶硅的产生，而相对来说RE变质出现汉字状初晶硅的趋势较小；稀土化合物形成的过程中要吸收消耗周围的硅原子，在硅相的生长前沿形成贫硅区，能有效阻碍硅相的长大；P和Sr复合变质加入顺序不同对过共晶铝硅合金的变质作用相差较大。当先加Sr后加P复合变质时，初晶硅的变质效果较P变质时更好，而对共晶硅的细化作用不明显；先加P后加Sr复合变质时，共晶硅的细化变质效果较Sr变质时更加明显，而对初晶硅的细化作用不大。复合变质剂配比为W(4%CuP10)+W(10%AlRE10)时，复合变质取得最好的变质效果，此时，初晶硅由粗大的多边形块状转变为钝化角状及块状，形状也得较变质前更为规则，并且分布更为均匀，平均尺寸由90μm细化到20μm;共晶硅由长的粗针状转变为短棒状或颗粒状，平均尺寸由18μm细化到4μm。在Sr-RE复合变质Al–20Si中可以看出，Sr对初晶硅的裂解作用随着RE含量的增多而明显减小，这可能是稀土的加入与锶发生一定作用，减缓了锶对初晶硅的裂解，减小了汉字状初晶硅出现的几率。当加入4%CuP10+1%AlSr13+15%AlRE10时变质效果是比较好的，就其原因是在先后加入CuP10和AlRE10对过共晶Al–20Si合金进行变质后得到细化的初晶硅和共晶硅，而后加入AlSr13，由于Sr对初晶硅存在裂解作用使其通过裂解初晶硅，更加细化初晶硅。在半固态触变压铸时，随着压射速度的增加，抗拉强度不断提高；当压射速度为5m/s时，抗拉强度达218MPa。但压射速度进一步提高时，抗拉强度又呈递减趋势。随着压射速度的增大硬度有先下降后增大的趋势。
刘学[9]2017年在《熔体搅拌工艺对过共晶Al-Si合金P变质效果的影响》文中研究表明过共晶Al-Si合金具有热膨胀系数小、热稳定性好、低密度、高硬度、耐高温、耐磨等特点,在发动机零部件等领域具有较好的应用前景。对于过共晶Al-Si合金而言,通常采用变质处理的方法来细化初生硅。众多的变质处理方法中,P变质细化初生硅效果明显且稳定、易行。含P中间合金加入到过共晶Al-Si合金熔体后,需要对熔体进行搅拌才能获得较好的变质处理效果,但是,搅拌的程度对变质处理效果有何影响规律并不清楚。本文以Al-15%Si合金、Al-18%Si合金、Al-20%Si合金为研究对象,采用Cu-9%P合金进行变质处理,研究变质后熔体搅拌工艺对变质效果的影响规律,为充分发挥P的变质作用提供理论依据。本实验研究结果表明,对于Al-20%Si合金而言,在高于Cu-9%P合金熔化温度以上搅拌时,搅拌越激烈,细化效果越好;随着搅拌时间的延长,初生硅平均尺寸呈现出先减小后增大的变化规律。当搅拌速度为224rad/min、搅拌时间为8min时,初生硅平均尺寸细化到17μm。对于Al-15%Si合金、Al-18%Si合金、Al-20%Si合金,在低于Cu-9%P合金熔化温度以下搅拌时,随着搅拌时间的延长,初生硅平均尺寸大体上呈现出先减小后增大的规律。搅拌越激烈,在最佳搅拌时间内初生硅细化效果越好,搅拌时间过长,初生硅尺寸增加得越大。高转数搅拌时(224rad/min),最佳搅拌时间与Si含量无关,均在20min时细化效果最好;低转数搅拌时(75rad/min),Si含量不同时最佳搅拌时间不同。对于Al-15%Si合金、Al-18%Si合金、Al-20%Si合金,当搅拌速度为224rad/min、搅拌时间为20min时,初生硅平均尺寸分别细化到9μm、17μm、12μm,并且在Al-20%Si合金中典型的共晶组织消失,出现了颗粒状的共晶硅。Si含量越高,初生硅平均尺寸降低的越多,细化效果越明显。
王凯[10]2004年在《电磁搅拌制备半固态大过共晶铝硅合金的研究》文中研究说明本文针对目前Al-Si合金相关应用和理论研究多集中于亚共晶和共晶合金的现实，在前人的基础成果和研究方法的基础上，对大过共晶Al-Si合金电磁搅拌进行了系统分析，深入研究了搅拌功率、等温时间、冷却速度等影响半固态加工效果的因素对大过共晶铝硅合金中初生硅和共晶硅的大小、形状和分布的影响，揭示了大过共晶铝硅合金的成分、组织、性能之间的内在关系，为研制新型的大过共晶铝硅合金提供理论依据和工业应用方向。 研究结果表明：剧烈的搅拌使得初生相在长大过程中，不断发生着枝晶臂的弯曲融合、熔断和机械断裂，从而使晶体以等轴生长及合并生长的方式向球形形态发展长大。较高的搅拌强度可以有效地减小初晶硅的尺寸，并使之边角钝化和均匀化。同时，随着电磁搅拌强度的增加，初生相球化且初生硅相尺寸减小。过高的冷却速率不利于初生相球化，但高强的电磁搅拌有利于球化和均化初生晶粒。对于Al-25％Si％材料，经过复合处理试棒比同种成分的金属型试棒的室温σ_b提高20～30％；延伸率δ提高2.8～4.5％，在相同的磨损条件下半固态铸造试样磨耗比金属型试样降低21％。 本文的特色之处在于通过电磁搅拌对高含Si量的大过共晶铝硅合金进行了全面系统的研究。在国内属于开创性研究，研究成果将应用于结构材料、高耐磨材料等生产领域，对材料工业、汽车和摩托车从业的发展具有重大的经济意义和推动作用。
参考文献：
[1]. 电磁搅拌制备半固态Al-25%Si合金的工艺及理论研究[D]. 张维钧. 昆明理工大学. 2007
[2]. 半固态过共晶铝硅合金的电磁搅拌工艺与性能研究[D]. 彭着刚. 昆明理工大学. 2005
[3]. 复合处理制备半固态过共晶铝硅合金的研究[D]. 程钢. 昆明理工大学. 2001
[4]. Al-25Si组织控制与性能研究[D]. 赵军峰. 沈阳工业大学. 2010
[5]. 熔体复合处理制备过共晶铝硅合金组织及耐磨性能的研究[D]. 何明涛. 兰州理工大学. 2013
[6]. 过共晶铝硅合金初生硅的铜质蛇形通道细化与性能[D]. 郑志凯. 北京科技大学. 2017
[7]. 低过热度浇注弱电磁搅拌制备半固态Al-30%Si合金浆料的工艺研究[D]. 冉绍兵. 昆明理工大学. 2007
[8]. Al-20Si变质与等温处理组织演变关系研究[D]. 周鹏飞. 兰州理工大学. 2012
[9]. 熔体搅拌工艺对过共晶Al-Si合金P变质效果的影响[D]. 刘学. 辽宁工业大学. 2017
[10]. 电磁搅拌制备半固态大过共晶铝硅合金的研究[D]. 王凯. 昆明理工大学. 2004
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