高溫強(qiáng)韌性過共晶變形鋁硅合金的變形與強(qiáng)韌化機(jī)理中文摘要

首次系統(tǒng)地提出基于半連續(xù)鑄造的高溫強(qiáng)韌性變形鋁硅合金概念。前期研究工作獲得了具有細(xì)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(biāo)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(xì)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(qiáng)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(jī)理和高溫強(qiáng)韌化機(jī)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(xì)晶化機(jī)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(jī)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(qiáng)韌機(jī)理并研制出適合活塞加工滿足高溫力學(xué)性能要求的合金。

金屬的熱變形機(jī)構(gòu)有滑移變形、孿生變形、晶界滑移、擴(kuò)散蠕變。在不同條件下，·這四種變形機(jī)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(jī)構(gòu)。孿生變形一般在低溫或常溫高速應(yīng)變時發(fā)生，對六方晶體結(jié)構(gòu)金屬這種機(jī)理比較重要。而晶界滑移和擴(kuò)散蠕變只在高溫時才可能發(fā)揮作用。影響這些變形機(jī)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(fù)，動態(tài)再結(jié)晶以及在壓應(yīng)力狀態(tài)下擴(kuò)散修復(fù)機(jī)理，對上述變形機(jī)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(jìn)入熔體內(nèi)部，隨熔體做整體運(yùn)動的同時還會發(fā)生自旋運(yùn)動。運(yùn)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(xì)化工藝方法，涉及一種金屬材料的顯微組織細(xì)化的工藝方法。其特征在于其細(xì)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(xì)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(xì)化初晶硅，鑄錠；（3）對步驟2的鑄錠在500－520℃進(jìn)行熱處理，或?qū)Σ襟E2的鑄錠在480℃熱擠壓然后再在500－535℃進(jìn)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(xì)化共晶硅，所得的組織更為細(xì)小和均勻，初晶硅平均晶粒尺寸約為13μm，共晶硅全部?；?，所得組織具有更高的抗拉強(qiáng)度、硬度和尺寸穩(wěn)定性，可以作為汽車發(fā)動機(jī)活塞和壓縮機(jī)斜盤的鍛造用坯料。