CDS铸造过共晶Al-Si合金组织及性能的研究

论文摘要

过共晶Al-Si合金是一种铸造性能优良的合金。它具有密度小、热稳定性好、线膨胀系数小、耐磨性好等优良特性，是制造活塞的理想材料。但是，在成形过程中，由于其结晶温度范围宽，结晶潜热大，初生硅相极易长成粗大板块状或长条状，严重割裂基体，导致合金脆性提高，铸件力学性能显著降低，切削性能变差，限制了其应用。针对如何减小铸件中初生硅相尺寸、改善初生相形貌和其在组织中的分布，国内外研究学者做了大量的研究。目前，细化初生硅相的方法主要分为两大类：化学细化法和对凝固过程进行动力学处理的方法。化学细化法主要是添加P和稀土元素进行变质处理，动力学处理方法主要有半固态搅拌、快速凝固和熔体温度处理等。目前对过共晶Al-Si合金性能的研究主要集中在力学性能和耐磨性能上。本文采用扩散凝固技术制备过共晶Al-18%Si和Al-20%Si合金。选用ZL102合金、纯Al和Al-25%Si合金为母合金，系统研究了混合方式和高硅合金混合温度对最终凝固组织中初生硅相尺寸、形貌和分布及力学性能、摩擦磨损性能和热膨胀性的影响。总结和分析了扩散凝固的细化机理和初生相与合金各性能之间的关系。实验和分析结果表明：（1）采用扩散凝固技术制备过共晶Al-18%Si、Al-20%Si合金，可明显细化初生硅相，改善初生硅相尺寸和在组织中的分布，提高合金的性能。（2）混合方式不同，所得目标合金的组织改善和性能优化程度不同。液液混合方式尤其是液态纯铝与高硅合金的混合下所得试样的组织中初生相分布均匀，形貌规整，综合性能较好。（3）在同种混合方式下，高硅合金的混合温度不同，扩散凝固细化作用和性能改善效果不同。在选定母合金的情况下，必须控制好高硅合金的混合温度，合适的混合温度才能得到初生相尺寸细小、分布均匀的组织和性能优良的铸件。（4）高硅合金的混合温度是受控扩散凝固过程中要控制的关键因素。（5）合金组织中初生硅相的尺寸、形貌和分布与合金的性能有一定的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 过共晶 Al- Si 合金的特性
• 1.2.1 Al- Si 合金成分和组织
• 1.2.2 Al- Si 合金性能
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 细化初生硅的方法
• 1.3.2 初生硅生长机制
• 1.3.3 过共晶 Al- Si 合金性能
• 1.4 扩散凝固
• 1.5 研究意义、目的、内容
• 1.5.1 研究意义、目的
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 实验
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.3 技术路线
• 2.4 实验方法
• 2.5 金相组织试样制备及初生硅相尺寸、形貌评定
• 2.6 硬度测试
• 2.7 热膨胀性能测试
• 2.8 摩擦磨损性能测试
• 第三章 CDS 铸造过共晶 Al-Si 合金的组织
• 3.1 CDS 铸造过共晶 Al- 18 %Si 合金组织
• 3.1.1 不同混合方式下 Al- 18 %Si 合金组织
• 3.1.2 不同高硅合金混合温度下 Al- 18%Si 合金的组织
• 3.1.3 小结
• 3.2 CDS 铸造过共晶 Al- 20 %Si 合金组织
• 3.2.1 不同混合方式下 Al- 20%Si 合金的组织
• 3.2.2 不同高硅合金混合温度下 Al- 20%Si 合金的组织
• 3.2.3 小结
• 3.3 CDS 凝固过程中初生硅相形核和长大机理
• 3.4 本章小结
• 第四章 CDS 铸造过共晶 Al-Si 合金的性能
• 4.1 CDS 铸造过共晶 Al- 18 %Si 的性能
• 4.1.1 不同混合方式下 Al- 18%Si 合金的性能
• 4.1.2 不同高硅合金混合温度下 Al- 18%Si 的性能
• 4.1.3 小结
• 4.2 CDS 铸造过共晶 Al- 20 %Si 的性能
• 4.2.1 不同混合方式下 Al- 20%Si 的性能
• 4.2.2 不同高硅合金混合温度下 Al- 20%Si 的性能
• 4.2.3 小结
• 4.3 组织中初生硅相与合金性能之间关系探讨
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士期间所发表的学术论文