Al-Mn-Ti準(zhǔn)晶中間合金的制備及在Al-25[%]Si中的應(yīng)用.pdf

1、長(zhǎng)期以來，共晶成分的Al-Si合金由于具有較低的熱膨脹系數(shù)、較高的耐磨性能和優(yōu)良的熔鑄及加工性能，常成為中小型內(nèi)燃機(jī)活塞的首選材料。但隨著內(nèi)燃機(jī)向高速度、高功率的發(fā)展，傳統(tǒng)的共晶成分Al-Si合金活塞已經(jīng)滿足不了其發(fā)展的需要。于是出現(xiàn)了過共晶(含Si=16～26wt.[％])Al-Si合金活塞，但是在過共晶Al-Si合金中，隨著硅含量提高，初晶硅變得十分粗大，嚴(yán)重影響合金的綜合力學(xué)性能以及切削加工性。
　　 而準(zhǔn)晶自被發(fā)現(xiàn)以來，

2、一直是材料科學(xué)界所研究的熱點(diǎn)。準(zhǔn)晶具有高硬度、耐熱性和低表面能等獨(dú)特性能，使其特別適合作為韌性基體材料中的強(qiáng)化相。準(zhǔn)晶增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是一個(gè)研究熱點(diǎn)，也是準(zhǔn)晶在應(yīng)用上的重要推廣，進(jìn)行這方面的研究在擴(kuò)大準(zhǔn)晶的應(yīng)用范疇方面具有重要意義。
　　 本文正是基于準(zhǔn)晶增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的設(shè)想，設(shè)計(jì)一種新型鋁基準(zhǔn)晶中間合金，并將其加入Al-25[％]Si鋁硅合金中，改善過共晶鋁硅合金的組織。實(shí)驗(yàn)采用真空感應(yīng)爐熔煉、水冷銅模冷卻凝固的方法，通過向

3、Al-Mn二元準(zhǔn)晶合金中添加Ti元素，制備出了Al-Mn-Ti系三元準(zhǔn)晶中間合金。利用金相顯微鏡，X射線衍射儀，掃描電鏡和能譜等分析手段，研究了Al-Mn-Ti準(zhǔn)晶中間合金的顯微組織和相組成的變化，發(fā)現(xiàn)了一種新的花瓣?duì)預(yù)l67Mn13Ti20三元準(zhǔn)晶，并對(duì)其形成過程進(jìn)行了初步研究。同時(shí)，將Al-Mn-Ti準(zhǔn)晶中間合金添加到Al-25[％]Si過共晶鋁硅合金中，觀察了Al-Mn-Ti準(zhǔn)晶中間合金對(duì)初晶硅形貌的影響。本文的主要研究結(jié)果如下：

4、
　　 (1)在Al(86-X)Mn14TiX系列中間合金中，沒有準(zhǔn)晶相的形成，也未發(fā)現(xiàn)三元相物質(zhì)的存在。由于實(shí)驗(yàn)中合金的冷卻速率同急冷凝固有較大差距，未加入Ti時(shí)，合金的鑄態(tài)組織由α-Al相和Al6Mn相組成；加入Ti元素后，合金的組織由α-Al相、Al6Mn相和Al3Ti相組成，且隨著Ti含量的增加，α-Al相逐漸減少，Al3Ti相逐漸增多。
　　 (2)在Al(77.5-X)Mn22.5TiX系列準(zhǔn)晶中間合金中，未

5、加入Ti時(shí)就有十邊形準(zhǔn)晶T相的存在，但不能得到全部的準(zhǔn)晶，組織中存在部分準(zhǔn)晶的近似晶體相(Al4Mn相)。Ti元素的加入，能細(xì)化準(zhǔn)晶十邊形T相晶粒，并能抑制鑄態(tài)組織中近似晶體相(Al4Mn相)的形成。當(dāng)Ti元素的加入量大于3.5at.[％]時(shí)，在合金中觀察到有花瓣?duì)罱M織出現(xiàn)，經(jīng)過X-ray衍射和EDS分析，確定其為準(zhǔn)晶相，成分為Al67Mn13Ti20。且隨著Ti含量的提高，花瓣?duì)顪?zhǔn)晶相的數(shù)量增加。
　　 (3)對(duì)Al67Mn1

6、3Ti20準(zhǔn)晶相的形成過程進(jìn)行分析，結(jié)果表明：在凝固時(shí)液相中首先形成Mn2Ti相，隨后發(fā)生包晶反應(yīng)，最終導(dǎo)致了三元Al67Mn13Ti20準(zhǔn)晶的形成。三元準(zhǔn)晶相形成后使得剩余液相中的Mn含量增加，促進(jìn)了準(zhǔn)晶T相的形成。
　　 (4) Al67Mn13Ti20準(zhǔn)晶的形成過程，遵循形核和長(zhǎng)大規(guī)律。準(zhǔn)晶相的生長(zhǎng)界面為粗糙界面，是以連續(xù)生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行生長(zhǎng)的。由于實(shí)驗(yàn)采用水冷銅模冷卻，合金的冷卻速率遠(yuǎn)大于平衡凝固時(shí)，同時(shí)溶質(zhì)原子在生長(zhǎng)界面前