鋁硅合金雙螺旋攪拌技術研究及晶粒尺寸預測.pdf

1、Al-Si合金的密度小、耐磨性高、耐熱性好、耐蝕性高、焊接性好，是制作發(fā)動機活塞等耐磨損零件的理想材料，目前正應耐磨性需求向著含硅量更高的過共晶方向發(fā)展，硅質(zhì)量分數(shù)已達30％以上。過共晶Al-Si合金在鑄造時會析出板條狀初晶硅并形成大量枝晶，嚴重影響了合金的力學性能與加工性能。工業(yè)上多使用含P化合物對初晶硅進行變質(zhì)劑處理，或通過攪拌熔體避免形成粗大枝晶。本課題組之前的工作表明，僅通過控制凝固條件也可達到控制初晶硅形貌的目的。為進一步細化

2、晶粒，鋁工業(yè)還大量使用以Al-Ti-B為代表的細化劑。
　　機械攪拌法設備簡單、生產(chǎn)率高，在攪拌的同時還可以對熔體進行冷卻處理，在工藝上較其他方法有明顯優(yōu)勢。本文使用機械攪拌結(jié)合細化劑處理制備Al-Si合金，其核心為兩根同向旋轉(zhuǎn)的嚙合螺桿，配合可控溫加熱冷卻系統(tǒng)和角度可調(diào)的工作平臺制備Al-20％Si合金。為研究實驗條件對晶粒尺寸的影響，使用正交實驗對各實驗條件進行分析，結(jié)果顯示各實驗條件對晶粒尺寸的影響程度由大到小排序為:入料溫

3、度、冷卻水流量、攪拌速度、傾斜角度。得到最優(yōu)實驗條件為:冷卻水流量0.3kg/s，攪拌速度200 rpm，傾斜角度15°，入料溫度680℃，以此條件進行細化實驗，得到晶粒尺寸為41.1μm。
　　為對凝固組織進行預測，在將細化劑顆粒簡化為球形的基礎上，考慮固相基底對液相的潤濕作用，本文建立了以球面為基底的異質(zhì)形核模型（圖4.6）。通過模型求得臨界形核半徑rc后可以得到臨界形核功△G*:△G*=(πr32-3cosα+cos3α/3