鐵相對(duì)鑄造鋁合金組織性能影響及凈化方法的研究.pdf

1、隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，制造業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展材料日趨關(guān)注。鋁及其合金具有密度小，比強(qiáng)度高，塑性好，可重復(fù)利用，自然界儲(chǔ)藏量較豐富等優(yōu)點(diǎn)，是可持續(xù)發(fā)展材料之一。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，特別是汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鑄造鋁合金的需求越來(lái)越大，給鋁合金的上游生產(chǎn)廠家增加了很大的壓力。由于國(guó)家對(duì)電解鋁等高能耗企業(yè)的宏觀調(diào)控政策影響，限制了電解鋁企業(yè)的擴(kuò)張規(guī)模，從而也從側(cè)面促進(jìn)了鋁合金再生市場(chǎng)的迅速發(fā)展。但是鋁合金廢料回收時(shí)會(huì)帶入一系列的

2、合金元素，形成雜質(zhì)元素，在各種雜質(zhì)中，鐵相一直被認(rèn)為是鋁及其合金制品中最為有害的雜質(zhì)。鐵易與其他雜質(zhì)以金屬間化合物的形態(tài)存在，常見(jiàn)的有α-鐵相和β-鐵相兩種，對(duì)鋁硅合金有不利作用的主要是β鐵相。為此需要控制鐵相的形貌，去除鑄造鋁合金中的鐵相并達(dá)到凈化合金的目的。 本文首先應(yīng)用光學(xué)顯微鏡、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、X-射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)以及相關(guān)處理軟件研究了不同浸蝕條件對(duì)鐵相的侵蝕效果，不同鐵含量下鐵相的主要存在形態(tài)以及不

3、同鐵相形貌對(duì)鋁合金鑄件性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)使用H2SO4:H2O為1:4的硫酸浸蝕劑來(lái)浸蝕鋁硅合金中的鐵相效果較好，浸蝕時(shí)間為180s。隨著Fe含量的升高，鐵相存在方式由α-Al8SiFe2相(四方晶型，a=b=12.4，c=26.23；α=β=γ=90°)向β-Al5FeSi相(單斜晶型，a=b=6.12，c=41.5；β=91°，α=γ=90°)轉(zhuǎn)變，鑄件中當(dāng)含F(xiàn)e量不同其鐵相形貌也不同。一般說(shuō)，含F(xiàn)e≤0.8％時(shí)，鑄件組織中僅出現(xiàn)

4、魚(yú)骨狀的α-鐵相。當(dāng)合金中含F(xiàn)e>0.8％時(shí)，α-鐵相逐漸向β-鐵相轉(zhuǎn)變，鑄件組織中易析出針狀β-鐵相，合金的力學(xué)性能也出現(xiàn)較大的變化，當(dāng)Fe達(dá)到1.0％左右時(shí)，合金中仍然存在少量的α-鐵相，但基本以針狀的β-鐵相形態(tài)存在，針狀的β-鐵相極易割裂α-Al基體，因此當(dāng)Fe含量>0.8％時(shí)，合金的力學(xué)性能下降較快。 改善鐵相的存在形貌，控制鐵相形貌使之以α-鐵相形式析出的方法主要有加入中和元素、改變冷速、攪拌等，本文第二部分主要應(yīng)用

5、光學(xué)顯微鏡、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電磁攪拌實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及相應(yīng)的軟件，研究了在鋁合金中加入Mn，稀土La，鈦鹽以及冷卻速度和電磁攪拌對(duì)鐵相形貌的影響，發(fā)現(xiàn)在鋁合金中按一定的比例加入Mn，La或者Ti之后，針狀的β-鐵相逐漸向骨骼狀的α-鐵相轉(zhuǎn)變，冷卻速度對(duì)鐵相的大小有很大的影響，當(dāng)冷卻速度很小的時(shí)候，鐵相長(zhǎng)大比較充分。利用電磁攪拌作用力對(duì)初生針狀富鐵相進(jìn)行攪拌作用并抑制各向異性生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)合金中鐵相的細(xì)化，甚至在部分區(qū)域由于鐵相的遷移

6、，鐵相的形貌發(fā)生了轉(zhuǎn)變。在改善鐵相形貌的同時(shí)，如果能在鋁合金熔融再生的過(guò)程中去除部分鐵相，凈化再生鋁合金的話，對(duì)鋁合金再生回收及鋁合金相關(guān)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)意義重大。本文第三部分主要應(yīng)用光學(xué)顯微鏡、電磁攪拌實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及Thermo-Calc軟件，研究了在回收鋁合金中加入Mn進(jìn)行重力沉降以及電磁攪拌對(duì)去除鐵相、凈化鋁合金的影響，發(fā)現(xiàn)在Fe含量稍高(≥1.0％)的鑄造鋁合金中，按一定的比例加入Mn，并在較低的溫度下(620℃)保溫一定的時(shí)間(≥30m