电磁悬浮熔炼对铸造铝硅合金显微组织和性能的影响

论文摘要

电磁悬浮熔炼是依靠电磁力悬浮、加热合金的同时又搅拌熔液的一种快速熔炼方法。由于熔体不与器壁接触,克服了来自坩埚内壁的污染和异质形核,被广泛应用于活泼金属、高熔点材料和其它特种材料的熔炼与成形。本论文选取AlSi20、ZL102和ZL101A三种铝硅合金为原料,通过调节功率使其在三个不同温度下进行电磁悬浮熔炼。对熔炼出的铸态试样直接进行显微组织观察,电子拉伸试验和硬度、密度测试,并与常规熔炼的合金进行对比分析,研究电磁悬浮熔炼对不同成分铝硅合金显微组织和性能的影响规律。实验结果表明,电磁悬浮熔炼可以明显细化合金的内部组织,减少合金中气孔、缩孔、夹杂物等铸造缺陷。在电磁力悬浮和搅拌作用下,针片状共晶硅被折断、细化成短棒状,组织间距减小,尖锐棱角被钝化,均匀分散在基体中。同时ZL101A和ZL102合金中,枝晶状初生α-Al逐渐细化成蔷薇状、椭球状和球状,等轴晶数量增多。在AlSi20合金中初生Si由粗大板块状转变为细小碎片状,但在合金表面产生了初生Si偏析层,中心部位出现少量非平衡凝固的细小初生α相。电磁悬浮熔炼使合金的致密度和硬度都有大幅提高,AlSi20和ZL101A合金的塑性变形能力明显增强,与常规熔炼试样相比,抗拉强度提高了50%以上,延伸率提高到原来的2～3倍。但硅含量过高会对合金塑性和韧性产生不利影响。研究还发现,熔炼出的合金顶面组织比底面和纵面更致密,晶粒细化程度更大。在三个不同熔炼温度条件下,随着输出电流增大,晶粒开始不断细化,超过一定电流值后,细化停止,晶粒尺寸反而增大。本试验中当输出电流为70A时,合金组织细化和性能提高的效果最好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电磁技术在材料中的应用
• 1.2 电磁悬浮熔炼概述
• 1.2.1 电磁悬浮熔炼的原理
• 1.2.2 电磁悬浮熔炼的提出和发展背景
• 1.2.3 电磁悬浮熔炼的研究现状和前景
• 1.3 铸造铝硅合金概况
• 1.3.1 铸造铝硅合金的性质及应用
• 1.3.2 铸造铝硅合金的研究现状与发展趋势
• 1.4 本论文研究的目的和内容
• 第二章 试验方案与过程
• 2.1 试验材料和仪器设备
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验主要仪器设备
• 2.2 合金电磁悬浮熔炼
• 2.2.1 熔炼设备结构
• 2.2.2 电磁悬浮熔炼过程
• 2.3 合金显微组织观察
• 2.3.1 金相试样制备与组织观察
• 2.3.2 扫描电镜组织观察
• 2.4 力学性能检测
• 2.4.1 拉伸性能检测
• 2.4.2 密度检测
• 2.4.3 硬度检测
• 第三章 电磁悬浮熔炼对AlSi2O合金组织的影响分析
• 3.1 引言
• 3.2 初生硅表面偏析层产生的机理分析
• 3.3 金相组织分析
• 3.3.1 普通熔炼合金的金相组织
• 3.3.2 电磁悬浮熔炼合金的金相组织
• 3.4 扫描电镜组织观察及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 电磁悬浮熔炼对ZL101A和ZL102合金组织的影响分析
• 4.1 引言
• 4.2 电磁悬浮熔炼对合金针孔度的改善作用
• 4.3 ZL101A合金熔炼后显微组织分析
• 4.3.1 金相组织对比分析
• 4.3.2 扫描电镜组织观察及分析
• 4.4 ZL102合金熔炼后显微组织分析
• 4.4.1 金相组织对比分析
• 4.4.2 扫描电镜组织观察及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 电磁悬浮熔炼对铸造铝硅合金性能的影响分析
• 5.1 引言
• 5.2 拉伸性能的影响研究
• 5.2.1 拉伸性能指标的对比分析
• 5.2.2 断口形貌观察与分析
• 5.2.3 硅相形貌尺寸对合金塑性韧性的影响分析
• 5.3 密度对比分析
• 5.4 硬度对比分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 问题和建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表（投稿）的学术论文