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铝硅活塞合金除钙的研究

姜炳刚  
【摘要】: Al-Si合金广泛应用于发动机活塞等动力传递件,为提高其使用性能,必须对其进行变质处理。目前使用最广泛的是磷变质处理,AlP作为初晶硅的异质核心。钙使Al-Si活塞合金磷变质中毒,且当活塞合金中杂质钙较多时,合金熔体流动性变差,容易吸气和发生微观针孔或缩松,并产生偏析性硬脆化合物使铸件废品率上升。因此解决Al-Si活塞合金除钙问题是一项有重要意义的工作。 本文利用光学显微镜(OM)、电子探针显微分析仪(EPMA)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)等测试手段对近共晶Al-Si合金中的富钙化合物进行了研究,通过探讨F和B在Al-Si熔体中与Ca的交互作用,提出了两种不同于传统氯化处理的新方法。本文的主要研究工作如下: (1)近共晶Al-Si合金中的富钙化合物及其与P的交互作用 对Al-Si合金中富钙化合物进行研究,找出富钙化合物形成规律,为进一步除钙打下基础。研究表明,近共晶Al-12.6Si合金中钙含量较高时,部分Ca作为变质元素对共晶硅起到变质的作用,使其变为珊瑚状,而多余的Ca则与Al和Si结合形成CaAl2Si2多元化合物。加磷和热处理对Al-12.6Si合金中的块状CaAl2Si2化合物影响不大,加入的磷主要固溶到该化合物中。钙对Al-Si合金的磷变质有很大影响,P、Ca和Si形成了多化合物,从而抑制了AlP的生成,使磷变质失效。保温时间的延长能够使Al-Si合金中的钙含量显著降低,加碳处理也能够降低Al-Si合金中的钙含量,但是重熔处理对合金中钙含量的影响不大。 (2)硼对Al-Si合金中钙“中毒”的影响 B的加入能够促进过共晶A390合金的磷变质效果。对于A390合金,B和P联合处理可以使初晶硅细化至40μm以下。B的加入能够进一步提高合金的力学性能。对于A390合金,利用B和P联合处理时,合金的强度可以达到289.37 MPa,比单独的磷变质处理提高了11%。 B能够恢复Ca“中毒”Al-Si合金的磷变质效果,使Ca中毒的Al-Si合金中重新析出初晶硅。B的加入能够显著降低Al-Si合金中钙的含量,对合金中元素P的含量影响不大。元素Ca使Al-12.6Si合金磷变质“中毒”,但是B的加入能够使磷变质效果恢复。B的加入有两方面的作用,一方面B的加入与Ca结合,降低合金中的Ca含量;另一方面B的加入也进一步促进了磷变质效果,使合金中析出的初晶硅更加细小,共晶硅也更加圆润。 (3)Al-Si合金中氟化除钙的研究 元素Ca使近共晶Al-Si合金中的磷变质失效。当Ca含量较高时,Al-Si合金中没有初晶硅析出,磷变质效果不会出现。Al-Si合金中的钙含量随着K2TiF6和AlF3的加入显著降低。加入1.5%的K2TiF6,Al-Si合金中的钙含量可由1110ppm降低到50ppm,而加入1%AlF3,钙含量则降低到7ppm。一定量K2TiF6和AlF3的加入可使钙“中毒”Al-Si合金中的磷变质效果恢复,重新析出初晶硅,其中AlF3起到关键作用。在近共晶Al-Si活塞合金中利用K2TiF6和AlF3进行氟化除钙,是一种行之有效的方法。 总之,本文通过对Al-Si活塞合金除钙进行研究,提出了两种不同于传统氯化除钙的新方法,为国际上目前盛行的Al-Si合金强韧化的研究提供了可供参考和借鉴的新思路,将为Al-Si合金的强化处理提供重要的理论基础和开辟新的途径。


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