2018铝合金变质处理的研究

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　　摘 要：本实验是研究不同种类变质剂对铝硅合金力学性能及组织的影响。在变质剂定量的情况下，只改变变质剂的种类这一个参数。采用原料为纯铝与单晶硅制备而成的铝硅中间合金，在加精练剂与不同种类的变质剂的情况下重熔，把所得金属液浇注成拉伸试样，热处理后测试其抗拉强度、延伸率、硬度与观察金相组织。结果表明，在保持原有优良性能的基础上，加入的混合变质剂，0.3%稀土+3.0%三元盐（15%KCl+40%NaCl+45%NaF），使其力学性能有很大的提高，抗拉强度提高到121MPa，维氏硬度达到52；通过金相组织观察可发现初晶硅得到了明显的细化。
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　　关键词：铝硅合金 变质 力学性能 细化
　　
　　一、引言
　　过共晶铝硅合金具有良好的强度、硬度和体积稳定性，并且耐磨、耐腐蚀性好，是制造发动机活塞的理想材料[1,2]。然而，该合金结晶温度范围宽，随硅含量的增加，初晶硅尺寸增大，强度及塑性明显降低,应用受到限制。过共晶铝硅合金一般采用熔铸法进行制备，这种方法易于实现且成本较低；在其基体中，初晶硅、共晶硅和共晶铝是其主要组织。初晶硅的形貌及颗粒大小直接关系到合金材料的使用性能，当初晶硅的颗粒粗大且棱角锋利时，会降低其使用性能，因此改善硅相的形状和颗粒尺寸非常关键。目前，除了用快速凝固等方法外，应用最为广泛的是采用变质工艺对过共晶铝硅合金进行调质处理[3]。
　　当前，用于铝硅合金变质的工艺方法很多，加单质元素（如纳、锶、锑、钡、磷、硫、砷等[4,5]）、稀土、中间合金、复合变质剂及复合变质等。但很多变质剂都有自身的局限性，就使得用单一的变质剂处理难以达到最佳的综合效果。在工业生产中，一般多采用复合变质形式，在添加中间合金细化初晶硅的同时，还需要添加能细化共晶团的变质剂，这无疑增加了工艺的复杂性。稀土作为铝硅合金变质剂的一种，一般以AlRE中间合金的形式加入，对共晶硅有很好的变质效果，并且有很好的时效性、重熔稳定性和除氢等效果，其优异性得到了国内外的广泛认可[6-8]。
　　基于上述观点出发，本文采用不同种类变质剂对Al-16.4%Si合金进行变质处理，考察了不同种类变质剂的对其组织形态及力学性能的影响。
　　二、试样制备与试验方法
　　以纯铝、单质硅（质量分数99.9%以上）为原料制备母合金Al-16.4%Si，分割成四块。用石墨干锅在CRL-D型电阻炉内于760℃熔化保温，加C2Cl6精炼除气，扒渣后浇入金属模中得一组拉伸试样A；B、C、D组试样采用相同熔炼工艺，并分别加入变质剂稀土、三元盐（15%KCl+40%NaCl+45%NaF）及稀土和三元盐的混合物。各组试样配料和所加变质剂种类及百分比如表1。
　　将各组试样在微机控制电液伺服万能试验机做拉伸测试，试棒尺寸如图1。硬度测试是在HR-150A型洛氏硬度计上进行的。用奥林巴斯金相显微镜观察金相。
　　三、试验结果
　　图2、3分别是经不同变质剂处理后的试样抗拉强度和延伸率数据。从曲线上可以看出，经过变质处理后，合金的抗拉强度、延伸率均得到了提高。其中经混合变质剂变质处理后的抗拉强度提到121MPa，延伸率提到12.5%左右。
　　图4为不同变质后铝合金的硬度曲线，从图中可清楚的看出，经变质的试样硬度均比原样高。其中，经复合变质剂变质后的硬度最高，比无变质的原样维氏硬度提高接近25%。
　　图5为铝硅合金铸态变质处理金相组织照片。在相图中亮色为α(Al)组织，灰色为初生硅，灰黑色的为共晶硅。各种组织呈现不同颜色的原因是由于合金在经5%HF溶液腐蚀后，合金表层中的Si与HF反应，生成SiF4气体，而使共晶硅被腐蚀掉，初生硅由于外面包有一薄层α(Al)而被部分腐蚀，而α(Al)组织没有被腐蚀,因此在照金相时，α(Al)组织表面可反光，而呈亮色；初生硅部分反光，而呈灰色；共晶硅不能反光，而成灰黑色。加三元盐的，细化程度最低，将粗大初晶硅细化成针状或者条状；经稀土变质的，不仅细化了粗大初晶硅，而且使大部分共晶硅细化成了粒状；过混合变质剂变质处理的，整体组织都得到了很大程度的细化，初晶硅完全成了粒状的，共晶体组织的晶粒非常细小，呈树枝状分布。
　　
　　四、结论
　　1.本实验得到的组织为初生β（Si）+共晶体（α+β）；
　　2.过共晶铝硅合金使用变质剂变质时，晶粒得到细化，抗拉强度、延伸率、硬度均提高；
　　3.在晶粒细化、性能优化方面，采用混合变质剂变质的效果最好，稀土的次之，三元盐的最差。
　　
　　参考文献：
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