过共晶铝硅合金变质及其变质机理的研究

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Al-Si过共晶合金是一种重要的铸造合金,广泛应用于航空、航天及汽车制造等领域。但铸造组织中常出现的粗大初晶硅相严重地损害了材料的机械性能,所以多年来,初生硅的细化问题得到了人们的普遍关注。本文总结了国内外在铝硅合金变质处理的研究现状,实验比较了多种变质剂对铝硅合金的变质效果,主要结果如下:(1)Cu-P中间合金对过共晶Al-Si合金具有优良的变质效果,采用扫描电子显微镜,对初晶硅进行分析研究,结果表明:初晶硅中有Al-P核心物质存在,Al-P是初晶硅异质形核的核心。(2)实验表明:钠盐、锑、稀土都是以改变硅相的生长状态使Al-Si合金变质的。它们既能变质初晶硅,又能变质共晶硅,但它们的变质效果差别很大。其中钠盐的变质效果强,锑次之,稀土变质效果最差;变质剂对Si相的变质主要是通过孪晶凹角沟槽(TPRE)机制进行的。变质通过“毒化”孪晶凹角而抑制Si相在择优方向上的各向异性生长,迫使Si相产生多重孪晶并沿其它方向进行各向同性生长,长成等轴状。对于共晶Si,由于共晶硅生长环境的不同导致了变质机理的差异,变质剂的加入使Si相不再是领先相从而打破其共生生长方式,产生分枝,变质剂进而在枝晶末端富集,造成枝晶熔断,使共晶Si呈短杆状甚至独立的等轴状,且边缘光滑。(3)研究了热处理工艺对Al-20wt%Si合金组织的影响。结果表明:随着固溶时间的延长,少部分共晶硅相发生相断裂。
摘要第7-8页
Abstract第8页
第一章 绪言第9-15页
    1.1 引言第9页
    1.2 铝合金的组织和力学性点第9-11页
        1.2.1 铝合金的组织第9-10页
        1.2.2 铝合金的力学特点第10-11页
    1.3 铝硅合金的几种常用变质剂第11-13页
        1.3.1 Na变质处理第11页
        1.3.2 Sb变质处理第11页
        1.3.3 P变质处理第11-12页
        1.3.4 稀土金属变质剂第12-13页
    1.4 铝硅合金变质机理的研究现状第13页
        1.4.1 形核说第13页
        1.4.2 生长说第13页
        1.4.3 其它变质机理第13页
    1.5 立题和本文研究内容第13-15页
第二章 过共晶铝硅合金的实验过程第15-22页
    2.1 引言第15页
    2.2 高铝硅合金材料的选择第15-19页
        2.2.1 模料材料的选择第15-16页
        2.2.2 高硅铝合金材料的选择第16页
        2.2.3 变质剂的选择第16-18页
        2.2.4 精炼剂的选择第18页
        2.2.5 工艺参数的确定第18-19页
    2.3 实验过程第19-21页
        2.3.1 实验准备第19-20页
        2.3.2 实验过程第20-21页
    2.4 金属的微观组织检测第21页
        2.4.1 金相显微镜第21页
        2.4.2 透射电子显微镜第21页
        2.4.3 扫描电子显微镜第21页
    2.5 本章总结第21-22页
第三章 过共晶合金微观组织观察第22-26页
    3.1 引言第22页
    3.2 室温下冷却过共晶铝硅合金的微观组织观察第22-25页
        3.2.1 未变质的过共晶铝硅合金金相组织第22-23页
        3.2.2 Cu-14wt%P 变质处理的过共晶铝硅合金金相组织第23页
        3.2.3 Na 盐变质的过共晶铝硅合金第23-24页
        3.2.4 Sb 变质的过共晶铝硅合金组织第24页
        3.2.5 混合稀土变质的过共晶铝硅合金组织第24-25页
    3.3 本章总结第25-26页
第四章 凝固条件对高硅铝合金组织的影响第26-32页
    4.1 引言第26页
    4.2 凝固条件对过共晶铝硅合金组织的影响第26-28页
        4.2.1 未变质过共晶铝硅合金组织第26页
        4.2.2 铜磷变质过共晶铝硅合金组织第26-27页
        4.2.3 Na盐变质过共晶铝硅合金组织第27页
        4.2.4 Sb变质过共晶铝硅合金组织第27-28页
        4.2.5 稀土变质过共晶铝硅合金组织第28页
    4.3 液淬条件下的过共晶铝硅合金组织第28-31页
        4.3.1 实验过程第28页
        4.3.2 实验结果分析第28-31页
    4.4 本章总结第31-32页
第五章 过共晶铝硅合金的热处理第32-37页
    5.1 引言第32页
    5.2 过共晶铝硅合金的热处理第32-34页
        5.2.1 未变质过共晶铝硅合金的固溶处理第32-33页
        5.2.2 Na变质铝硅合金的固溶处理第33页
        5.2.3 Sb变质铝硅合金的固溶处理第33-34页
        5.2.4 稀土变质铝硅合金的固溶处理第34页
    5.3 固溶处理结果的分析第34页
    5.4 硅相形貌的变化的机理第34-36页
        5.4.1 硅相的固溶过程第34-35页
        5.4.2 硅相的演化过程第35-36页
    5.5 本章总结第36-37页
第六章 过共晶铝硅合金的变质机理探讨第37-49页
    6.1 引言第37页
    6.2 未变质硅相的生长机制第37-39页
    6.3 过共晶铝硅合金变质机理的探讨第39-48页
        6.3.1 异质形核机制第39-43页
        6.3.2 孪晶凹谷机制(TPRE)第43-48页
    6.4 本章总结第48-49页
结论第49-50页
参考文献第50-53页
致 谢第53-54页
附录 A(攻读学位期间发表论文目录)第54-55页
附录 B(图 6.8c 标定过程)第55-56页
附录 C(图 6.8d 标定过程)第56-58页
附录 D(图 6.9d 标定过程)第58-60页
附录 E(图 6.10a 标定过程)第60页
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