Sb、Y对A356合金变质的效果评估及机理分析

论文摘要

本文利用DSC、SEM、XRD等测试手段,研究了Sb变质,Y变质及Sb-Y复合变质对A356合金硅相形貌、力学性能、电导率、热力学参数和摩擦磨损性能的影响,并探讨了各自的变质机理。试验表明:Sb变质的A356合金中,硅变为比未变质硅更加细小的针片状,立体形貌显示硅在基体中呈现小间距层片状分布;Y变质的A356合金中,硅变为比Sb变质时更加细小的纤维状,立体形貌显示硅变为彼此交叉连接的珊瑚礁状,端部变得圆滑无棱;经Sb-Y复合变质的A356合金,硅变为非常细小的粒状,立体形貌显示硅为随风摆动的水草状,部分硅相相对独立,不再是大片的粘连在一起,而且此时不只是端部,硅相上每个角度的界面都是圆弧状的。变质后的A356合金经T6热处理后,硅变为彼此独立的短圆棒状、椭球状和粒状,它们分布于初晶铝的晶界处,与铸态相比变得弥散,且硅的平均尺寸按Sb变质,Y变质和Sb-Y复合变质的顺序,依次减小。未变质的A356合金,硬度为36.3HBS,抗拉强度为143.3MPa,延伸率为2.5%,经Sb、Y及Sb-Y复合变质的A356合金的硬度、抗拉强度、延伸率分别为50.5 HBS,222.9 MPa,10.3%;76.3 HBS,238.1MPa,5.5%;82.3 HBS,263 MPa,8.8%。硬度、抗拉强度、延伸率三方面最大增长幅度分别达到了126.7%,83.5%和312%,变质效果明显。未变质的A356合金的电导率为16.37MS/m,采用Sb变质,Y变质和Sb-Y复合变质的A356合金的电导率分别为17.60MS/m,17.85MS/m和18.50MS/m,分别比未变质时提高了7.5%,9.0%和13.0%,由此反映出变质效果依次增强。DSC分析发现,按Sb变质,Y变质和Sb-Y复合变质的顺序,A356合金的共晶过冷度分别为2.9℃,4.9℃和7℃,共晶潜热依次增加。共晶过冷度增加,共晶潜热增加,使硅相生长受到抑制,所以变质效果依次增强。摩擦磨损试验表明:按Sb变质,Y变质和Sb-Y复合变质的顺序,A356合金的摩擦系数依次降低,磨损量依次降低,磨损程度依次减轻,反映出变质效果依次增强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 铸造铝硅合金的组织与性能
• 1.3 铸造铝硅合金的变质效果评估方法
• 1.3.1 金相观察法
• 1.3.2 力学性能检测法
• 1.3.3 电导率测试法
• 1.3.4 热分析法
• 1.3.5 摩擦磨损法
• 1.4 铸造铝硅合金的常用变质剂
• 1.4.1 钠变质剂
• 1.4.2 锶变质剂
• 1.4.3 锑变质剂
• 1.4.4 稀土变质剂
• 1.5 铸造铝硅合金的变质机理假说
• 1.5.1 异质形核学说
• 1.5.2 孪晶凹谷机制
• 1.5.3 界面台阶机制
• 1.5.4 杂质诱导孪晶理论
• 1.6 课题研究的主要内容
• 第二章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试验用母材
• 2.1.2 试验用变质剂
• 2.1.3 试验用化学材料
• 2.2 试验设备
• 2.3 试验工艺过程
• 2.3.1 熔体处理
• 2.3.2 热处理
• 2.4 试验合金组织观察与性能检测
• 2.4.1 显微组织观察
• 2.4.2 XRD物相分析
• 2.4.3 力学性能测试
• 2.4.4 电导率测试
• 2.4.5 热力学参数测试
• 2.4.6 摩擦磨损性能测试
• 第三章 Sb、Y对 A356 合金变质的效果评估
• 3.1 Sb、Y对A356 合金组织的影响
• 3.1.1 Sb、Y对A356 合金硅相形态的影响
• 3.1.2 Sb、Y对A356 合金初晶形貌的影响
• 3.2 热处理对Sb、Y变质的A356 合金组织的影响
• 3.3 Sb、Y对A356 合金力学性能的影响
• 3.3.1 Sb、Y对A356 合金硬度的影响
• 3.3.2 Sb、Y对A356 合金拉伸性能的影响
• 3.4 Sb、Y对A356 合金电导率的影响
• 3.5 Sb、Y对A356 合金热力学参数的影响
• 3.6 Sb、Y对A356 合金摩擦磨损性能的影响
• 3.6.1 Sb、Y对A356 合金摩擦系数和磨损量的影响
• 3.6.2 Sb、Y对A356 合金磨损面形貌的影响
• 3.7 小结
• 第四章 Sb、Y对A356 合金变质的机理分析
• 4.1 未变质A356 合金中硅相的生长机制
• 4.2 Sb对A356 合金变质的机理分析
• 4.3 Y对A356 合金变质的机理分析
• 4.4 Sb-Y复合对A356 合金变质的机理分析
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢