高溫強韌性過共晶變形鋁硅合金的變形與強韌化機理

首次系統(tǒng)地提出基于半連續(xù)鑄造的高溫強韌性變形鋁硅合金概念。前期研究工作獲得了具有細小等軸晶、硅顆粒彌散分布的軋制與擠壓組織，部分合金塑性指標處于國際前列，首次發(fā)現(xiàn)共晶組織在加熱過程中伴隨硅相顆?；X基體等軸細晶組織的形成?；诎脒B續(xù)鑄造，結(jié)合形變熱處理，低成本工業(yè)制造高溫強韌性變形鋁硅合金已經(jīng)可能。本研究將針對發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象，開展有關(guān)變形鋁硅合金的塑性變形機理和高溫強韌化機理的研究，包括：多相共存狀態(tài)下，熱處理過程中鑄態(tài)共晶組織硅相顆?；c共晶鋁基體細晶化機理。多相共存狀態(tài)下，半連續(xù)鑄造多元鋁硅合金在變形過程中的顆粒誘發(fā)動態(tài)再結(jié)晶機理；高溫穩(wěn)定第二相粒子在變形、熱處理過程中的分布、相變過程與材料的高溫強韌機理并研制出適合活塞加工滿足高溫力學性能要求的合金。

金屬的熱變形機構(gòu)有滑移變形、孿生變形、晶界滑移、擴散蠕變。在不同條件下，·這四種變形機構(gòu)在塑性變形中所占的份量和起的作用不盡相同。其中，晶內(nèi)的滑移變形是最重要和大量的常見的機構(gòu)。孿生變形一般在低溫或常溫高速應變時發(fā)生，對六方晶體結(jié)構(gòu)金屬這種機理比較重要。而晶界滑移和擴散蠕變只在高溫時才可能發(fā)揮作用。影響這些變形機理發(fā)揮作用的主要因素是金屬材料的組織結(jié)構(gòu)、變形溫度。但是，在熱變形時，出現(xiàn)的動態(tài)回復，動態(tài)再結(jié)晶以及在壓應力狀態(tài)下擴散修復機理，對上述變形機構(gòu)起著直接的調(diào)節(jié)和控制作用。

用稀土元素添加劑(自制)作為鋁硅合金中加入稀土元素的中介原料，研究RE對亞共晶鋁硅合金性能的影響。然而，由于稀土元素在合金中的共晶體與基體相間形成的一種過渡相物質(zhì)使鋁硅合金的伸長率提高則非常顯著。

利用定量金相技術(shù)研究了亞共晶鋁硅合金在磁攪拌連續(xù)冷卻過程中一次固相的形成及演變規(guī)律。結(jié)果表明，一次固相首先在型壁上形核和長大，并具有粒狀、條狀和樹枝狀三種形態(tài)。隨后，在攪拌作用下從型壁上脫落進入熔體內(nèi)部，隨熔體做整體運動的同時還會發(fā)生自旋運動。運動過程中，粒狀晶向球形演變，條狀和樹枝狀游離晶則會發(fā)生頸縮和熔斷，增殖為若干個小的粒狀晶，并最終演變成以近球形粒狀非枝晶為主的演變組織。一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，涉及一種金屬材料的顯微組織細化的工藝方法。其特征在于其細化工藝步驟包括：（1）向熔融的過共晶鋁硅合金中加入為熔體質(zhì)量0．1%的含鈦晶粒細化劑，攪拌至完全熔化；（2）然后向熔液中加入磷類變質(zhì)劑攪拌均勻，細化初晶硅，鑄錠；（3）對步驟2的鑄錠在500－520℃進行熱處理，或?qū)Σ襟E2的鑄錠在480℃熱擠壓然后再在500－535℃進行熱處理。本發(fā)明的方法，采用磷變質(zhì)初晶硅結(jié)合熱處理和熱擠壓細化共晶硅，所得的組織更為細小和均勻，初晶硅平均晶粒尺寸約為13μm，共晶硅全部粒化，所得組織具有更高的抗拉強度、硬度和尺寸穩(wěn)定性，可以作為汽車發(fā)動機活塞和壓縮機斜盤的鍛造用坯料。