PDF《过热温度和时间对 Al-21%Si 合金凝固组织的影响》

电话: 15961165336, E-mail: wangjh @ cczu. edu. cn. 过共晶 Al-Si 合金具有密度小、 强度高、 铸造成形 性好以及耐磨耐蚀等优良性能, 是航空、 航天、 汽车、 造船工业上重要的结构材料 [1- 3] .过共晶 Al-Si 合金 按含 Si 量可分为

3 组, 含Si 量17% ~ 19% 、 含Si 量20% ~ 23% 和含 Si 量24% ~ 26% , 其铸造组织由 α- Al 枝晶、 共晶 Si 和初晶 Si 组成, 初晶 Si 可作为硬质 点有效提高合金的耐磨性能.但是过共晶铝硅合金 中大块的初晶 Si 会严重地割裂合金基体, 导致合金 的强度、 塑性和切削性能降低. 在细化铝硅合金组织方面的研究甚多, 对过共晶 铝硅合金 进行变质处理可以细化晶粒组织和初晶硅[4] , 采用强流脉冲电子束对过共晶铝硅合金表面 进行改性可以提高合金表面耐磨性 [5] , 管仁国等提 出了一种震荡波形斜板工艺( VWSP) , 可使铝硅合金 材料热处理学报第33 卷 组织球状化 [6] . 根据金属凝固理论, 液 态熔 体在微小区域内存 在着有序、 规则的排列[7] , 其结构状态对晶粒的形核、 生长及 最终的组织、 性能有直接的影响.在生产中, 各种不同成分的过共晶铝合金熔炼温度与保 温时间对初 晶硅的溶解和凝固过程中的析出影响很大, 合适的熔炼温度和保温时间可以消除组织遗 传性, 得到最佳的凝固组织和合金力学性能 [8] .熔 体经过不同 温度和时间的过热处理后可以得到不同的显微组织 与力学性能[9- 10] , 熔体温度处理后的冷却速度对 合金的组织与力学性能也有很大的影响[11- 12] .目前, 对过共晶铝硅合金的最佳熔炼温度 与保温时 间的确定缺乏详细报道.本文重点研究过热温度和保温时间对过共晶 Al- 21% Si 合金凝固 组织的影响, 为实际生产中确定该合金的最佳熔炼 温度和保温时间提供参考.

1 试验材料及方法 采用工业纯铝, Al- 30% Si 中间合金配制 Al- 21% Si 合金, 将合金混合料装入石墨坩埚并在井式电阻炉 中加热至

850 ℃ 熔炼

30 min, 之后降温至

780 ℃ 浇注 到内腔高度为

14 mm、 预热到

100 ℃ 左右的金属型 ( 铁模) 中, 制成厚度约为

13 mm 的合金块.将合金 块切割成

4 mm *

4 mm *

12 mm 质量约为 0.

5 g 的小 试样, 将这些 小试样真空封装于14 mm 的石英管内, 分别在

750、

800、

850 和900 ℃ 的管式电阻炉中保 温

20、

40、

60、

80、

100 和120 min, 然后将装有合金液 的石英管进行水冷.采用光学显微镜观察 Al- 21% Si 合金在各种熔炼工艺条件的凝固组织, 分析过热温度 和保温时间对 Al- 21% Si 合金凝固组织中初晶硅和共 晶硅的尺寸和形态的影响.

2 试验结果及分析 2.

1 过热温度对 Al- 21%Si 合金凝固组织的影响 由Al-Si 合金二元相图[13] 可知共晶温度为577 ℃ , 过共晶Al- 21% Si 合金的液相线温度为700 ℃ .图1所示为 Al- 21% Si 合金初始铸态组织. 从图

1 可以看出, 合金凝固组织由颗粒状初晶硅, 粗 大的针片状的共晶硅和 α-Al 组成, 合金凝固组织中 初晶硅的平均尺寸约为

28 μm. 图1Al- 21% Si 初始铸态组织 Fig.

1 Microstructure of as-cast Al- 21% Si alloy 图2为初始铸态 Al- 21% Si 合金分别在

750、

850 和900 ℃ 下重熔保温

20 min 后的凝固组织形貌.从图2中可以看出, Al- 21% Si 合金经过不同温度重熔 处理后, 共晶硅都有不同程度的细化.随着重熔温度 的升高, 共晶硅越细小.在750 和850 ℃ 重熔保温