扩散凝固制备过共晶铝硅合金的工艺与热力学分析

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1、硕士学位论文摘要过共晶A1．Si合金具有耐磨性高、线膨胀系数低、密度小等优点，但其未经变质处理的传统铸造组织中常出现粗大的初生硅相，严重降低了材料的力学性能，限制了其在工业上的应用。细化初生硅相，改变其形状和分布，减小其对基体的削弱作用，是提高过共晶Al—Si合金性能的关键。近年来，世界各国铸造工作者研究并采用了不少减小初生硅相尺寸、改善其形貌和分布的有效措施。细化的方法总体上分为两种：一类是变质细化法，主要是通过添加P和稀土等；另一类是改进铸造方法，如快速凝固、挤压铸造、喷射沉积、电磁搅拌等。

2、本文采用扩散凝固技术制备过共晶A1．20％Si合金。选用ZL102合金、纯Al和A1．25％Si合金为母合金，系统研究了混合后熔体保温处理、冷却速度、浇注温度及不同混合方式对初生硅相尺寸、形貌和分布的影响，并初步从热力学的角度分析了CDS过程中初生相的细化条件。实验结果表明：(1)采用扩散凝固制备过共晶铝硅合金时，熔体混合后的保温处理对目标合金的组织有较大影响，在一定时间内，随保温时间的延长，初生硅尺寸减小，形貌变得规整。(2)扩散凝固过程中，随着冷却速度的增加，目标合金中初生硅尺寸减小，但长条

3、状和不规则多边形状初生硅增多。因而要得到相对较好的组织，冷却速度应当适中。只有在合适的冷却速度，才能得到晶粒细小、分布均匀的组织。(3)扩散凝固过程中，在相同母合金处理温度下，随着浇注温度的降低，初生相尺寸减小，形貌也变得规整，因而在保证熔体具有较好的流动性下尽量降低浇注温度。(4)不同混合方式下，扩散凝固对初生硅的改善效果不同。相比较而言，液态．固态混合和液态．液态混合下初生硅相比较细小，分布较均匀；半固态．液态混合下得到的组织中初生硅容易产生偏聚现象。(5)当混合前两种母合金的吉布斯自由能的

4、加权平均值小于混合后目标合金在液相线的吉布斯自由能时，初生硅相才能得到明显的细化。关键词：过共晶A1．Si合金；扩散凝固；初生硅；热力学扩散凝固制备过共晶铝硅合金的工艺与热力学分析AbstractHypereutecticA1．Sialloyhashighwearresistance，lowcoefficientofthermalexpansion，lowdensityandotherexcellentproperties．However，theprimarysiliconisextremely

5、easytogrowintothickplateorstripduringconventionalcastingprocessanddecreasesthemechanicalproperties，whichlimitsitslargelyindustrialapplication．Themethodsforrefiningtheprimarysiliconphase，changingitsshapeanddistribution，decreasingitsweakeningeffectonth

6、ematrixareimportantforimprovingthepropertiesofhypereutecticA1．Sialloy．Inrecentdecades，theresearchersintheworldhavestudiedandadoptedmanyeffectivemeasurestorefinetheprimarysiliconsizeandimproveitsshapeanddistribution．Refinementmethodisgenerallydividedi

7、ntotwotypes：oneisthemodificationandrefinementmethod，mainlythroughaddingthePorrareearthintothehypereutecticA1．Sialloy．Theotheristoimprovethecastingmethod，suchasrapidsolidification，squeezecasting，spraydeposition，electromagneticstirring，andsoon．Toprepar

8、ehypereutecticA1-20％Sialloy，theDiffusionSolidificationprocesswasusedinthisstudy．SelectingZL102，pureA1andA1．25％Siasrawmaterials，effectsofholdingtreatment，coolingrate，pouringtemperatureandmixingwaysonthemicrostructureofsize，morphology，anddistributionof