挤压铸造SiC_w/Al-18Si复合材料凝固行为的研究
【摘要】:金属基复合材料的凝固过程影响其组织结构,特别是界面结合状态。采用液相法制备金属基复合材料的过程中,基体金属在增强相存在情况下的凝固过程是影响其组织结构的关键。复合材料的凝固行为至今还没有一个统一的认识,因此复合材料组分和凝固条件对其凝固行为的影响需要进一步研究。本文以典型的铝硅合金为研究对象,研究了增强相、变质剂、冷却速度和冷却压力对复合材料凝固过程中形核、长大和组织结构的影响。
利用纯铝和单晶硅配制Al-18Si合金,采用Al-10Sr合金作为变质剂进行变质处理。以变质前后的Al-18Si合金作为基体,以碳化硅晶须(SiC_w)作为增强相,采用挤压铸造法制备体积分数分别为15%、20%和25%的复合材料(SiC_w/Al-18Si)。采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDS)、差示扫描量热法(DSC)等分析手段,研究了压铸态、重熔态和定向凝固状态下复合材料的显微组织,分析了复合材料的初晶硅和铝硅共晶相的形核与长大过程。
组织观察和理论计算表明,SiC_w作为SiC_w/Al-18Si复合材料中初晶硅相的形核衬底。初晶硅相沿着SiC_w表面生长,初晶硅相与SiC_w的界面结合较好。通过计算,(211)SiC∥(110)Si之间的面错配度为6.18%,(110)SiC∥(111)Si之间的面错配度为7.65%。SiC_w含量、变质剂Sr、重熔温度、冷却速度、冷却压力等不改变复合材料基体合金中初晶硅相的形核位置。
随着SiC_w体积分数不断增加,压铸态SiC_w/Al-18Si复合材料的初晶硅、铝硅共晶相的尺寸逐渐变小,分布趋于均匀。SiC_w对初晶硅相的影响大于对铝硅共晶相的影响。初晶硅凝固起始温度和峰值温度随SiC_w含量的增加而降低,且初晶硅的数量逐渐减少。以未变质铝硅合金为基体的复合材料的初晶硅凝固起始温度和峰值温度随SiC_w含量变化的幅度大于以变质铝硅合金为基体的复合材料相应的温度变化幅度。
变质剂Sr的加入使SiC_w/Al-18Si复合材料中的初晶硅由片状或雪花状转变为块状或颗粒状,平均尺寸缩小为原来的1/10~1/6。变质剂Sr使复合材料中铝硅共晶组织由粗条状、短棒状且成堆密集状态,转变为细短条状或颗粒状且均匀弥散分布,共晶组织尺寸分布范围缩小。变质剂Sr使复合材料初晶硅凝固起始温度和峰值温度降低,初晶硅数量减少。
变质剂Sr与SiC_w协同作用时,基体合金的细化效果更加明显。变质剂Sr的加入使由SiC_w形成的小块熔融区对基体合金凝固组织的限制作用减弱。同时SiC_w减弱了变质剂Sr对复合材料凝固温度、过冷度以及初晶硅相分布的影响。
随着冷却速度的增加,SiC_w/Al-18Si复合材料中初晶硅明显被细化,形貌由树枝状和雪花状逐渐转变为团絮状和颗粒状。当冷却速度为100~1000℃/min时,初晶硅呈颗粒状和棒状的混合态。随着冷却速度的增加,颗粒状的初晶硅数量减少,棒状初晶硅数量增加、长径比逐渐增大。当冷却速度达到3570℃/min时,初晶硅均呈现长棒状。冷却速度对铝硅共晶组织影响不大。随着冷却速度的增加,SiC_w/Al-18Si复合材料中初晶硅和铝硅共晶相的形核过冷度增大,凝固潜热逐渐增加。变质后复合材料的凝固潜热大于未变质的复合材料的凝固潜热。随着SiC_w体积百分含量的逐渐增加,复合材料凝固潜热逐渐变小。
冷却压力改变了SiC_w/Al-18Si复合材料中初晶硅和铝硅共晶相的大小。压力为0~30MPa时,初晶硅和铝硅共晶相的尺寸随着压力增加不断减小;当压力为30~50MPa时,随着压力的逐渐增加,初晶硅和铝硅共晶相的尺寸逐渐变大。随着压力的增加,SiC_w含量对复合材料铝硅共晶组织的影响逐渐减弱。压力对变质剂Sr作用的发挥没有影响。
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1 |
叶再莲;KF对钠盐变质剂变质效果的影响[J];南昌大学学报(工科版);1991年02期 |
2 |
印飞,李振,杨江波,王定国,王亦新,王国祥;铝硅合金中铁相的凝固行为及其影响因素[J];热加工工艺;2001年05期 |
3 |
董光明;孙国雄;廖恒成;韩正铜;;铝硅合金中共晶硅的变质机理:杂质诱发共生成对孪晶[J];材料科学与工艺;2008年01期 |
4 |
张忠华,张景祥,边秀房,刘相法,张宝荣,杨守仁,刘国栋;新型高效PM磷变质剂[J];特种铸造及有色合金;2000年02期 |
5 |
А.А.АЪРАМОВ,杨长贺;铝硅合金不同变质剂的效能[J];特种铸造及有色合金;1982年03期 |
6 |
张淑芬,蒙进,齐志军,刘德义,张登卯;锶-稀土长效变质剂的应用[J];铸造;1994年11期 |
7 |
姚书芳,毛卫民,赵爱民,钟雪友;铸造铝硅合金细化变质处理的研究进展[J];铸造;2000年09期 |
8 |
毛高波,曾大新;磷钠联合变质剂对过共晶铝硅合金组织的影响[J];汽车工艺与材料;1997年09期 |
9 |
杜维玺;铝硅合金微量稀土变质新工艺[J];稀土;1984年03期 |
10 |
钟声,苗忠,曹占义;稀土在铝硅合金中细化和变质作用微观机制[J];长春大学学报;2001年04期 |
11 |
刘金铭;锶——铝硅合金长效变质剂[J];特种铸造及有色合金;1988年04期 |
12 |
姚书芳,毛卫民,赵爱民,钟雪友;过共晶铝硅合金细化变质剂的研究[J];特种铸造及有色合金;2000年05期 |
13 |
赵宇;赵海东;董普云;;A356-5SiC_p和A356吸铸温度变化的对比分析[J];特种铸造及有色合金;2011年08期 |
14 |
陈晓,魏哲良,张茂勋;硅酸铝纤维增强铝硅合金复合材料的减摩性[J];特种铸造及有色合金;1999年S1期 |
15 |
严昌永;铝硅合金熔炼新工艺[J];航空制造技术;1992年05期 |
16 |
高科,戴恩泰;二元过共晶铝硅合金组织与性能研究[J];轻金属;1995年03期 |
17 |
边秀房,张敦荣,韩锡贵;钾对Al-Si合金凝固过程的影响[J];特种铸造及有色合金;1988年06期 |
18 |
李金富,李建新,郝建军,叶孔容;稀土盐与稀土中间合金变质铝硅合金的比较[J];机械工程材料;1993年05期 |
19 |
李金富;侯文生;叶孔容;;稀土对共晶铝硅合金变质行为的探讨[J];材料科学与工艺;1993年03期 |
20 |
柳秉毅;铝硅合金加锶变质的研究与实践[J];南京机械高等专科学校学报;2000年02期 |
|