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稀土Nd对过共晶铝硅合金组织及性能影响的研究

陈磊  
【摘要】:稀土能否变质初晶硅一直存在着争论,本课题针对这一问题进行了研究,采用常规铸造工艺方法制备实验材料,研究单一稀土Nd对不同硅含量的过共晶铝硅合金的变质作用,讨论了稀土加入量对Al-17.5Si、Al-25Si和A390合金的变质效果。并研究了挤压处理,热处理等手段对A390-0.3wt%Nd合金的组织及力学性能的影响。借助X衍射仪、扫描电子显微镜、电子万能试验机和高速高温摩擦磨损实验机等分析测试手段,研究了稀土变质机理,热处理及挤压处理对材料的微观组织结构的影响和材料的性能,并探讨了合金微观组织和力学性能之间关系,为研制新型过共晶铝硅合金提供了一种新的途径。 研究表明,稀土Nd能够同时变质共晶硅和初晶硅;Nd对初晶硅的变质可用成分过冷理论和吸附理论两种作用机制的共同作用来解释。稀土Nd对Al-17.5Si、Al-25Si二元合金的变质表明,Al-17.5Si中的初晶硅呈现板状,变质后没有形态上的变化,但是平均尺寸分别由34.73μm下降到23.39μm,经过0.3%稀土Nd变质的合金抗拉强度和屈服强度分别为240MPa和130MPa,分别提高了11.6%和1.5%,磨损量下降了51.1%。Al-25Si合金由变质前的星状与不规则形态转变为多面体的板块状;平均直径从94.06μm下降到50μm以下;经过0.3%稀土Nd变质的合金抗拉强度和屈服强度分别为117.5MPa和94MPa;分别提高了22.1%和9.5%;磨损量下降了66.7%,摩擦系数显著降低;热处理能够使共晶硅粒化。对A390变质作用的研究表明,稀土Nd对A390合金变质作用不明显,主要是由于Cu2NdSi相的生成,削弱了Nd的合金变质作用;热处理试验研究表明,使共晶硅粒化,钝化初晶硅;经过挤压形变处理后A390的变质合金塑性显著提高,延伸率由0.5%提高到13.25%。 本课题的特色在于首次提出了稀土对不同形态硅变质效果的差异,采用单一稀土Nd作为变质剂,是对过共晶铝硅合金变质机理的必要补充,为研制高性能过共晶铝硅合金结构材料和耐磨材料提供了一定的理论依据。


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