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《大连理工大学》 2007年
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磁场对铝硅合金凝固组织和变质处理的影响

连峰  
【摘要】: 铸造Al-Si合金应用广泛,对Al-Si合金进行变质处理是提高Al-Si合金性能的重要措施。然而亚共晶型和共晶型Al-Si合金的Na变质处理存在有效时间短、重熔失效和过变质的问题,过共晶型Al-Si合金的P变质(细化)处理中则容易出现初晶Si偏聚的问题。 本文研究了强磁场对Al-Si合金凝固组织和变质处理的影响,较系统地考察了稳恒强磁场(以下简称强磁场)影响亚共晶和共晶Al-Si合金Na盐变质处理的现象和机制;进行了强磁场对过共晶Al-Si合金凝固组织和P盐变质细化处理的影响的实验研究,并探讨了磁场方向对实验结果的影响:研究了强制流动对过共晶Al-Si合金P盐变质细化处理的影响,得到以下主要结论: 1)在亚共晶Al—6w_t%Si合金的凝固过程中,单独施加强磁场使凝固组织中的共晶Si粗大。进行Na盐变质处理后冷却至固态,在不施加强磁场的条件下,重熔并在740℃保温20分钟,则凝固组织重新变为未变质组织,即发生了变质失效的现象;在施加强磁场的条件下,重熔并在740℃保温20分钟,没有发生重熔失效的现象。即施加强磁场可以解决Na变质的重熔失效问题。 2)对亚共晶Al—6w_t%Si合金进行Na盐变质处理后,分别在不施加与施加强磁场的条件下,在液相区740℃、固液两相区590℃和固相区470℃3个温度,使合金快速冷却,观察到了共晶Si的不同形貌。B=0T时,在740℃快速冷却的试样的凝固组织中,共晶Si呈短小的层片状。在590℃快速冷却的试样的凝固组织中,共晶Si呈较长的层片状。在470℃快速冷却的试样的凝固组织中,共晶Si呈形态尖锐的纤维状;B=10T时,在740℃快速冷却的试样的凝固组织中共晶Si细小并呈弥散分布。在590℃快速冷却的试样的凝固组织中,共晶Si呈复杂的丛簇状。在470℃快速冷却的试样的凝固组织中,共晶Si呈形态圆钝分布均匀的颗粒状。即施加强磁场可以使变质效果更好。对上述试样进行X线衍射表明,B=10T时,在470℃快速冷却的试样中出现Si(200)晶面的峰值。而B=0T时,没有Si(200)晶面的峰值,表明强磁场促使Si以孪晶形式生长。X线衍射还表明,B=10T时,在740℃、590℃和470℃快速冷却的试样中均出现Al(200)晶面垂直于磁场方向取向的现象。 3)强磁场使共晶Al-12.6w_t%Si合金凝固组织中的共晶组织发达,共晶Si增多,且间距变小。对合金进行Na盐变质处理后保温,如果在保温过程中施加强磁场,则得到的试样的变质效果明显优于不施加强磁场的试样。延长保温时间至40分钟,未施加强磁场的试样出现严重的变质衰退现象,施加强磁场的试样变质衰退现象相对比较轻。即强磁场具有延长变质有效时间的作用。电子探针的检测结果表明,不施加强磁场的条件下,Na的分布不均匀,并且在共晶硅上发生Na的聚集现象。施加强磁场的条件下,Na的分布均匀,避免了出现过变质现象。 4)在过共晶Al-18w_t%Si合金的凝固过程中,施加强磁场使初晶Si由粗大的板片状变为块状,且由集中在试样周边变为均匀分布在试样的整个横截面上。但是强磁场也使得过共晶Al-18w_t%Si合金的凝固组织中的共晶Si变粗大。进行P盐变质处理后,不施加强磁场的条件下,块状初晶Si仍然偏聚在试样周边,试样中心处为共晶组织;而施加强磁场的条件下,块状初晶Si均匀分布在试样的整个横截面上,而且共晶Si也得到细化。 5)将磁场方向由平行于圆柱试样的轴向改变为垂直于圆柱试样的轴向,可以使过共晶Al-18w_t%Si合金的凝固组织和P盐变质处理后的凝固组织更细化。 6)对过共晶Al-18w_t%Si合金进行P盐变质处理后施加旋转交变磁场,初晶Si呈粗大的板片状且偏聚于试样边缘。如果只在P盐变质处理后的保温过程中施加旋转交变磁场,而在冷却过程中停止施加旋转交变磁场,则初晶Si呈块状,得到明显细化。即P盐变质处理后的凝固过程中,强制流动对凝固组织不利,而抑制流动对凝固组织有利。 本论文工作为提高Al-Si合金变质处理的效果提供了新的手段,为形成一种单纯利用静磁场的全新的绿色环保的过共晶Al-Si合金变质细化处理新方法提供了理论基础。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG244.3

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