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1、Al-P中间合金变质+半连续铸造技术制备过共晶Al-17Si合金铸锭工艺的研究过共晶Al-Si合金具有高硬度、高强度和良好的体积稳定性，是一种新型汽车、摩托车活塞用合金。这种合金主要特征为初生硅和共晶组织（α+Si），其中初生硅的大小、形貌和分布对合金性能影响很大，是关键性的显微组织因素。采用常规的铸造方法获得的过共晶Al-Si合金显微组织中，初生硅粗大、形貌差、分布不均匀，导致材料韧性、塑性变差，脆性增加，难以加工成形。因此，如何采用先进的制备工艺细化高硅铝合金组织，改善硅粒子形态、大小及分布，提高其力学性能，最终制备出能满足
2、各种用途且综合性能优异的高硅铝合金材料，是近年来国内外材料研究者研究的重点。目前,开发的制备过共晶铝合金方法主要有:熔炼搅拌法[1，2]、快速凝固粉末冶金[3]、喷射成形法[4，5，6，7，8]等。由于常规铸造冷却速度低，存在严重的成分偏析、晶粒粗大等局限性，而快速凝固粉末冶金技术工艺复杂、成本高、粉末在贮存和运输过程中易氧化，也难以适应现代化工业发展的需要，喷射沉积技术可以获得优异材料，但是成本过高也是限制其工业化推广的一个重要原因。针对以上问题，本文采用的Al-P变质+半连续铸造技术[9,10]制备过共晶Al-17Si合金铸
3、锭，并进一步讨论了变质剂对初生相的变质机理以及各工艺参数对合金显微组织的影响。1试验方法图1半连续铸造设备结构示意图Fig.1Schemaofsemicontinuouscastingequipment采用商业Al-17Si合金为试验合金，通过直读光谱分析其成分结果见表1。将实验合金在电阻炉中熔化后在820℃加Al-P中间合金（山东大学研制的）变质，保温15min,然后除气、除渣，待温度到浇注温度后再进行浇注，熔体从液流槽流向导流管和结晶器，热量通过结晶器壁传导给冷却水，形成一次冷却，迅速通过拉引机构拉出，再通过二次水冷，完全冷
4、却,试验设备如图1所示。在试验中熔体浇注温度控制为790℃，冷却水压控制在0.03～0.05MPa，连铸速度控制在110～130mm/min。所得铸锭尺寸为Φ75mm×4000mm，截取Φ75mm×40mm大小的试样作为金相试样，金相试样经过粗磨、细磨及抛光后，最后用无水酒精对试样进行清洗，最后采用Zeiss光学显微镜观察金相组织，利用MIAPS软件分析初生相形貌。表1Al-17Si合金的化学成分(质量百分比)Table.1CompositionofAl-17Sialloy(wt.%)元素SiFeCuAl含量17.5930.04
5、60.047余量2试验结果与分析2.1Al-P中间合金变质剂对合金微观组织中初生相硅形貌的影响（b）加变质剂（a）未加变质剂图2熔体浇注温度为790℃，冷却水压为0.05MPa,连铸速度为130mm/min，未加变质剂与加变质剂获得Al-17Si合金铸锭的显微组织Fig.2ThemicrostructuresofAl-17Sialloybilletswithoutmodifierandaddingmodifierwithmeltpouringtemperatureat790℃,coolingpressureat0.05MPand
6、castingspeedat130mm/min图2为浇注温度为790℃，连铸速度130mm/min，冷却水压0.05MPa时，未变质和变质条件下获得铸锭显微组织中初生硅的形貌，在未变质的条件下，过共晶Al-17Si合金微观组织由初生Si、共晶α-Al和共晶Si组成，绝大部分初生Si呈尖角形粗大板片状和五瓣星状,少量初生Si呈多角块状,平均尺寸为146μm,分布非常不均匀，如图2（a）所示。而经过变质以后，初生Si由粗大的板条状转变成多角状，圆整度提高，尺寸明显减小，平均尺寸为35μm，而且分布均匀，如图2（b）所示。关于磷变质细
7、小初生硅的机理[10,11,12,13]，普遍认为：磷与铝在高温下形成铝磷化合物（Al-P），其熔点为1060℃。而过共晶Al-Si合金熔炼温度一般不超过900℃,因而铝磷化合物不会分解,为此它可作为稳定的外来晶核。Al-P与Si都金刚石型晶体结构,晶格常数相近(Si为0.1545nm,Al-P为0.1542nm),最小原子间隙也十分相近(Si为0.1244nm,Al-P为0.1256nm)。因此Al-P是很好的异质晶核,在凝固结晶过程中成为初晶Si的结晶核心,使结晶核心数目增加，并抑制晶粒长大，从而起到有效变质作用,使初晶Si
8、得到显著细化。2.2连铸速度对合金微观组织中初生相形貌的影响(b)120mm/min(a)100mm/min(c)130mm/min图3经过Al-P中间合金变质，熔体浇注温度为790℃，冷却水压为0.05MPa，不同的连铸速度获得的Al-17Si合金铸锭显微组织
