鋁硅合金共晶凝固模式與微孔形成間關(guān)系規(guī)律的研究

本項目針對Al-13.0%Si合金開展合金凝固過程微孔形成的研究，重點考察共晶凝固模式(胞狀晶、柱狀晶和等軸晶凝固)對微孔形核與生長動力學的影響規(guī)律。通過XTGS技術(shù)實時觀察與采集不同凝固模式下微孔的演化，利用微孔特征計算機自動定量分析處理技術(shù)定量描述每個微孔特征參數(shù)(當量半徑和重心位置)隨時間的變化，分析微孔與液固界面的交互作用，研究微孔演化機制；根據(jù)凝固過程中溫度與時間的關(guān)聯(lián)，將每個微孔隨時間的變化轉(zhuǎn)變成隨溫度的變化，確定不同共晶凝固模式下微孔的平均形核溫度、形核所需氫的過飽和度及微孔的長大速度，研究共晶凝固模式對微孔形核與生長動力學的影響規(guī)律。本項目將凝固條件(溫度梯度與凝固速度)、熔體性質(zhì)(合金元素與微量元素含量、氫與氧化夾雜含量)量化和微孔特征時序量化，構(gòu)建微孔形成的數(shù)據(jù)庫，為微孔形成的數(shù)值模擬研究與預測奠定基礎(chǔ)。開展本項目的研究具有重要的科學意義和實踐指導價值。

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。

穩(wěn)定系和介穩(wěn)定系亞共晶鑄鐵的凝固過程可用圖2表示。凝固初期初生奧氏體都首先從熔體中析出，溫度降到共晶溫度以下時，穩(wěn)定系共晶體為石墨/奧氏體介穩(wěn)定系共晶體為碳化物/奧氏體，至共晶溫度以下前者轉(zhuǎn)變?yōu)槭?珠光體(或鐵素體)，后者轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體 珠光體。

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。