汽车活塞合金初生硅形核生长机制探讨.pdf

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1、试验研究Test&Research汽车活塞合金初生硅形核生长机制探讨周鹏飞（盐城工业职业技术学院,江苏盐城224005）摘要：通过XRD、光学显微镜等手段研究了P变质汽车活塞用过共晶Al-20Si合金的微观组织和相组织，对初生硅相的形核生长机理做了进一步的分析，结果表明：存在AlP异质形核不容质疑；但是还存在均匀形核的可能，这从同一试样的组织形貌中可以分析出，但在结晶过程中哪种形核机制占主导地位尚未清楚，需要进一步研究。关键词：汽车活塞；初生硅；变质；微观组织中图分类号：TG146.2；文献标识码：A；文章编号:1006-9658（2

2、017）04-0022-02DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2017.04.006过共晶Al-Si合金具有密度小、导热性好、热后,分别把试样截断，取其中间部位，加工成φ10膨胀系数小、耐磨、耐蚀、尺寸稳定性好等优点，而mm×6mm的圆柱。金相试样经过预磨、粗磨、细且热裂倾向小，是一种理想的汽车活塞材料。但是磨和手工抛光,最后用0.5%HF水溶液进行显微组未经变质处理的过共晶铝硅合金中存在粗大块状织浸蚀,然后用MeF3型光学显微镜观察金相组织，的初晶硅和粗大长针状的共晶硅组织，严重地割裂并对4%CuP10变质的

3、试样进行了XRD检测，进一Al基体的连续性，恶化合金的综合力学性能和切削步分析初生硅相的形核与生长机理。[1-4]加工性能，制约了过共晶铝硅合金的适用范围。解决这个问题的关键是对合金进行变质细化处理，2实验结果与分析改变合金中硅相的形貌和尺寸，减小其对铝基体性2.1变质前后Al-20Si合金硅相的形貌能的削弱作用，从而提高过共晶铝硅合金的综合性图1.a为未变质过共晶Al-20%Si合金的显微能。目前，磷是初晶硅的理想变质剂，本文针对Al-组织，未变质过共晶Al-20%Si合金初晶硅多为粗大20%Si合金进行单一P变质，对初生硅的形核与

4、生八面体形、板块状，棱角分明，分布不均匀，有偏聚，长机制做了进一步的研究探讨。平均尺寸在100μm左右；图1.b是经过4%CuP10变质过的，从图中明显可以看出初晶硅变得非常细1实验材料与方法小，尺寸在10μm左右，且分布比较均匀，达到了实验所用原材料有：配置好的Al-20%Si、以及非常理想的变质效果。CuP10中间合金。在SG2-12-13型硅碳棒型坩埚炉熔炼Al-20%Si合金；升温800℃时用六氯乙烷对熔体进行精练处理，静置15min后扒渣。在熔炼温度为800℃时,分别加入质量分数为4%的CuP10变质剂作用于Al-20%Si

5、合金,把熔炼好的合金液在800℃图1未变质与变质处理的Al-20Si合金硅相的形貌时浇注到预先准备好圆筒铸钢模,模具预热到2002.24%CuP10变质的Al-20Si合金SEM分析℃，模具其尺寸为φ10mm×100mm。浇注完毕从图2的X射线衍射分析，结果表明，磷变质试样中除含有主要合金元素Al和Si的峰值外，还收稿日期:2017-01-09在Si的位置处出现了其他的衍射峰值，经过PDF稿件编号:1701-1636作者简介：周鹏飞（1988—），男，硕士研究生，主要研究方向：汽车用卡片对照，验证了这些峰值对应的正是异质核心质铝合金金

6、属的开发研究工作.点AlP的峰值。同时可以发现，异质核心质点AlP22中国铸造装备与技术4∕2017Test&Research试验研究的峰值相对较多，这就说明了P变质过共晶铝硅合于在A1P表面聚集生长，熔体中的硅原子都向A1P金时能够为初晶硅形核提供足够的异质核心，从而表面聚集形成二次初晶硅,如图3.c，当二次初晶硅明显的细化了初晶硅组织。相把A1P异质形核基底全部包围时，此时一次与二次初晶硅的生长条件一样，熔体中游离的硅原子会向这些一次和二次初晶硅上聚集使其长大，这种生长模式还应该是连续生长。图3初生硅形核生长示意图图24%CuP1

7、0变质的Al-20Si合金XRD分析图磷的变质机制普遍认为是异质核心作用。磷3结语作为初晶硅常用的有效变质剂,在合金液中容易(1)未变质Al-20%Si合金初晶硅粗大，P变质与铝反应生成熔点较高(A1P的熔点在1000℃以能有效改善初晶硅尺寸与形貌，且CuP10变质存在上)的A1P化合物。其晶体结构与Si相同，属于最佳变质点，4%CuP10变质效果最好。金刚石型面心立方晶格，且晶格常数也非常接近(2)在P变质情况下，初生硅的形核存在均匀形(αAlP=0.546nm,αSi=0.542nm)，可作为异质形核核核和异质形核两种形核模式，其

8、生长模式还是连续[5]心，细化初晶硅相。生长。2.3初晶硅形核生长机制探讨从图1.b中仔细地我们可以看出，并不是所有参考文献初晶硅相都一样大，其大小形态各不一样，这就产[1]欧阳志远．铸造铝硅合金熔体处理中添加元素的行为