利用組織遺傳性雙重變質(zhì)過共晶Al-Si合金的研究.pdf

1、過共晶Al-Si合金具有良好的鑄造流動(dòng)性和耐磨性被廣泛應(yīng)用于制造各類發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和活塞零件。但在普通鑄態(tài)下，過共晶Al-Si合金中初晶Si與共晶Si分別以粗大板片狀和粗針狀雜亂的分布于Al基體上，在實(shí)際應(yīng)用中降低整個(gè)合金的綜合力學(xué)性能。目前，主流變質(zhì)手段都有各種局限性，如生產(chǎn)成本高、變質(zhì)效果單一、污染環(huán)境等。因此，本文從金屬組織遺傳性的理論出發(fā)，通過金相觀察（OM）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）和差示掃描量熱分析（DSC）等，研

2、究了FSM中間合金的制備工藝、Al-17％Si合金的變質(zhì)工藝，并探討了FSM中間合金對Si相的變質(zhì)機(jī)理。
　　利用PROCAST輔助設(shè)計(jì)了水冷銅模，并論證了該模具對Al-17%Si合金熔體的冷卻能力達(dá)到了亞快速凝固的技術(shù)范圍。從Al-17%Si熔體遺傳結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，制定了熱速工藝并制備了亞快速凝固FSM中間合金，其初晶Si平均粒徑小于20μm，共晶Si呈細(xì)小短桿狀。利用單輥熔紡設(shè)備，在快速凝固條件下制備了Al-17%Si合金薄帶，

3、初晶Si平均尺寸為1~2μm，共晶Si呈分枝高度發(fā)達(dá)的絮狀。
　　分別運(yùn)用以上兩種FSM中間合金對Al-17%Si合金進(jìn)行變質(zhì)。其對原始合金中Si相均產(chǎn)生了明顯的變質(zhì)效果，在相同工藝參數(shù)條件下，使用快速凝固FSM中間合金變質(zhì)的效果更好。DSC研究結(jié)果表明，變質(zhì)后 Si相析出的起始溫度均有波動(dòng)，對比整個(gè)Si相析出過程的結(jié)晶潛熱，變質(zhì)后最大降幅可達(dá)71J/g。
　　未變質(zhì)初晶Si的三維形貌多為粗大的六邊形板片狀多面體，側(cè)面有明顯

4、的孿晶棱邊及凹槽，判斷其生長方式主要為“孿晶凹谷機(jī)制”（TPRE）；共晶Si多呈粗大薄片狀，形狀極不規(guī)則，在大量試樣觀察中（111）面上未見70.5°大角度孿晶生長分枝，只發(fā)現(xiàn)波紋狀生長花樣，推測其生長方式主要為“固有臺(tái)階機(jī)制”（IIS）。
　　經(jīng)FSM中間合金變質(zhì)后，初晶Si多為細(xì)小的八面體或厚板狀，形狀較規(guī)則，棱邊和（111）面上均未見“孔洞”狀缺陷，并可見部分生長突起；變質(zhì)后共晶Si呈珊瑚狀或分枝發(fā)達(dá)的纖維狀，結(jié)合TEM觀察

5、纖維狀共晶分枝可以發(fā)現(xiàn)大量孿晶。從金屬組織遺傳性角度分析，F(xiàn)SM中間合金的加入使得熔體中富集了大量不均勻微觀Si-Si原子集團(tuán)或團(tuán)簇，這是細(xì)晶結(jié)構(gòu)的遺傳載體，在凝固過程中優(yōu)先作為最佳襯底促進(jìn)Si相的形核；隨著凝固的繼續(xù)，富余的Si-Si原子集團(tuán)將改善（111）面的生長速度 V<111>，最終使初晶Si按照TPRE機(jī)制生長成較圓整的八面體或厚板狀；另外，多余的 Si-Si原子集團(tuán)還將在共晶生長中誘發(fā)大量孿晶，使其擇優(yōu)生長方向發(fā)生變化，發(fā)展