熔体处理对Al-Si和Zn-Al合金组织及性能的影响

论文摘要

高硅铝合金具有比重小、良好的耐磨、耐热性及低热膨胀系数、易于铸造成型等诸多优点,是一种代替铁基材料制备汽车活塞、连杆、空调压缩机转子及叶片等重要部件的理想材料。广泛应用在航空航天、汽车、造船、机械等工业生产部门中。但因高硅铝合金的凝固组织中的初生Si相多呈粗大的多角形的形态生长,严重割裂了集体,恶化了材料的性能,限制了其工业上的广泛应用。因此,必须改变合金中的硅相形态,减小其对机体性能的削弱作用。本文分别探讨了高低温铝硅合金互兑后的组织及力学性能和含硅的高硅ZA27互兑的组织和性能,同时也探讨了Bi、Sb合金元素对高硅ZA40合金组织及性能的影响。实验利用JB-300B冲击实验机、TH160里氏硬度计、SHD-A红外线电烘箱、4XC双目金相显微镜对合金的组织和性能进行了研究。主要结论如下:（1）互混熔炼工艺对Al-16%Si合金中的初生Si细化及力学性能有较大提高优于常规熔炼工艺的Al-16%Si。在750℃的浇注温度,布氏硬度由74提高到79,冲击韧性值由8.08 J/cm2,提高到9.20 J/cm2。激冷温度和成分不均匀性是使Al-16%Si合金中初生Si相细化的主要原因。（2）互混熔炼工艺对含5%Si的ZA27合金中的力学性能有较大提高且优于常规熔炼工艺的含5%Si的ZA27合金。在720℃的浇注温度,硬度由106提高到139,冲击韧性值由3.03 J/cm2提高到6.57 J/cm2。（3）在含Si的ZA40合金中加入Bi元素,Bi元素对合金中初生Si有细化作用,其中加入0.9%Bi时效果最佳。随着Bi元素的加入,合金的硬度都将低于不加Bi的合金,Bi元素增加,合金的硬度不断的增大。随Bi含量增加,合金冲击韧性先增大,后减小,加入0.9%Bi时,合金冲击韧性最大,为3.83J/cm2。（4）在含硅的ZA40合金中加入Sb元素,使α枝晶钝化,提高合金硬度,合金中Sb与Zn形成化合物Sb3Zn4,存在于晶界处破坏基体的连续性,使合金韧性有所下降。在合金中加入Sb元素,合金中的初生Si将得以细化,加入1.6%的Sb元素效果最明显。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 铝合金的概述
• 1.1.1 铝合金的发展
• 1.1.2 铝硅合金的研究现状
• 1.2 铝硅合金的组织和性能
• 1.2.1 铝硅合金的组织
• 1.2.2 铝硅合金的性能
• 1.3 铸造铝硅合金成分、组织、性能的研究
• 1.4 锌铝合金的组织与性能
• 1.4.1 锌铝合金的组织
• 1.4.2 锌铝合金的类型
• 1.4.3 锌铝合金的性能
• 1.4.4 Al-Si 合金组织细化
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 第二章 应用理论基础
• 2.1 形核原理
• 2.1.1 结晶的过冷现象
• 2.1.2 结晶的热力学条件
• 2.1.3 液态金属结构
• 2.1.4 金属的结晶过程
• 2.1.5 形核与长大
• 2.2 细化原理
• 2.2.1 电磁搅拌法
• 2.2.2 超声处理
• 2.2.3 快速凝固法
• 2.2.4 添加变质剂
• 2.2.5 快速凝固法
• 2.2.6 高低温金属熔体相混合
• 2.3 铝硅合金的变质
• 2.4 铝硅合金的制备方法
• 2.4.1 熔炼铸造法
• 2.4.2 压力铸造
• 2.4.3 快速凝固法
• 第三章 试验内容及方法
• 3.1 试验条件
• 3.1.1 试验材料和仪器
• 3.1.2 试验设备
• 3.2 试验方案
• 3.3 微观组织测试及分析
• 3.3.1 金相显微分析
• 3.3.2 硬度测试
• 3.3.3 冲击韧性测试
• 第四章 不同温度熔体互兑对 Al-16%Si 合金组织及性能的影响
• 4.1 实验方法
• 4.2 实验工艺
• 4.2.1 试样制备
• 4.2.2 试样性能测试与组织观察
• 4.3 普通工艺得到的合金试样实验的实验结果及其分析
• 4.4 互兑工艺得到的合金试样的实验结果及分析
• 4.5 小结
• 第五章 不同温度熔体互兑对高硅 ZA27 合金组织和性能的影响
• 5.1 熔炼和浇注工艺
• 5.2 检测内容
• 5.3 试验结果及分析
• 5.4 小结
• 第六章 Bi、Sb 对含硅ZA40 合金组织及性能的影响
• 6.1 熔炼和浇注工艺
• 6.2 显微组织的测试与观察
• 6.2.1 金相显微分析
• 6.2.2 显微硬度测试
• 6.3 试验合金化学成分
• 6.4 Bi 对含硅 ZA40 合金组织的影响
• 6.5 Bi 元素对含硅 ZA40 合金力学性能的影响
• 6.6 Sb 对含硅 ZA40 合金组织及性能的影响
• 6.6.1 Sb-Zn 和Al-Sb 二元合金相图
• 6.6.2 试验合金化学成分
• 6.6.3 Sb 对含硅ZA40 合金显微组织及性能的影响
• 6.6.4 Sb 对ZA40 合金显微组织的影响
• 6.6.5 Sb 元素对含硅ZA40 合金力学性能的影响
• 6.7 结论
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢