鋁硅合金稀土變質(zhì)效果的熱分析研究.pdf

1、鑄造鋁硅合金具有密度小、強(qiáng)度高、加工性能好等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航天航空、船舶運(yùn)輸領(lǐng)域。對于鋁硅合金,近年來的研究主要集中在細(xì)化、變質(zhì)初晶硅、共晶硅及初晶α-Al等析出相。稀土作為一種功能優(yōu)異、儲量豐富的鋁硅合金變質(zhì)劑,前人雖已經(jīng)有了一定的研究,但是稀土變質(zhì)機(jī)理有待深入研究。
　　本文運(yùn)用熱分析儀、掃描電子顯微鏡、X-ray衍射儀等多種先進(jìn)的測試方法,研究了稀土加入量對不同成分鋁硅合金組織性能的影響,以及變質(zhì)效果與合金熱分

2、析值之間的關(guān)系。對RE變質(zhì)亞共晶鋁硅合金的研究結(jié)果表明,隨著RE加入量的增加(0～0.6％),ZL101初生相α-Al逐漸由長條狀變?yōu)橐?guī)則多邊形,晶粒尺寸變小,等軸化,冷卻曲線的初晶平臺逐漸升高。當(dāng)變質(zhì)前后初晶生長溫度差ΔTG在0.4℃～0.9℃時,具有最佳變質(zhì)效果。隨著RE加入量的繼續(xù)增加(0.8％～1.0％),ΔTG>2.2℃時,部分初生相α-Al晶粒尺寸繼續(xù)減小。ΔTG與α-Al的等軸化和枝晶細(xì)化具有較好的對應(yīng)關(guān)系,可作為ZL10

3、1合金初晶變質(zhì)效果判據(jù)。對比ZL101合金RE變質(zhì)前后冷卻曲線發(fā)現(xiàn),變質(zhì)后初晶平臺上升,這是因為RE的加入削弱了Si-Si和Si-Al原子團(tuán)之間的結(jié)合,增強(qiáng)了Al-Al原子團(tuán)之間的結(jié)合,促進(jìn)了α-Al析出并長大。當(dāng)RE加入量為0～0.6％時,共晶Si沒有變質(zhì)效果,對應(yīng)的合金冷卻曲線上變質(zhì)前后共晶生長溫度差ΔTEG數(shù)值較小。主要是因為隨著初生相α-Al的析出,RE元素固溶在α-Al中,剩余溶液中RE濃度很少。當(dāng)RE加入量繼續(xù)增加(0.8％

4、～1.0％)時,共晶平臺降低,ΔTEG增大,共晶Si由長針狀變?yōu)槎虠U狀,晶粒尺寸變小,出現(xiàn)變質(zhì)現(xiàn)象。其作用機(jī)理是稀土元素在凝固前沿具有富集作用形成成分過冷,從而細(xì)化晶粒,初晶平臺降低。
　　對RE變質(zhì)過共晶鋁硅合金,若僅加入變質(zhì)劑RE時,RE能夠細(xì)化變質(zhì)初晶Si。隨著RE加入量的增加(0～1.0％內(nèi)),Al-20Si-2Cu-1Ni-0.4Mg合金冷卻曲線上初晶平臺降低,當(dāng)ΔTG絕對值在2.9℃～3.9℃之間時,初晶Si尺寸小,形

5、狀變圓整,具有最佳變質(zhì)效果,ΔTG與初晶變質(zhì)效果具有良好的對應(yīng)關(guān)系。共晶Si尺寸、形狀基本保持不變,ΔTEG無規(guī)律,對共晶Si并無變質(zhì)效果。在RE加入量較多時(0.8％～1.0％),部分初晶Si尺寸繼續(xù)減小,但是部分初晶Si尺寸增大,形狀惡化。
　　P和RE聯(lián)合變質(zhì)過共晶Al-20Si-2Cu-1Ni-0.4Mg合金時,變質(zhì)后初晶平臺升高,共晶平臺降低。隨著加入量的增加(0～0.6％內(nèi)),ΔTEG不斷增加,當(dāng)ΔTEG<4.3℃時,