铝合金变质处理的研究

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1、Design推介铝合金变质处理的研究纪小虎余瑾合肥工业大学材料科学与工程学院摘要：本实验是研究不同种类变质剂对铝硅合金力学性能及组织的影响。在变质剂定量的情况下，只改变变质剂的种类这一个参数。采用原料为纯铝与单晶硅制备而成的铝硅中间合金，在加精练剂与不同种类的变质剂的情况下重熔，把所得金属液浇注成拉伸试样，热处理后测试其抗拉强度、延伸率、硬度与观察金相组织。结果表明，在保持原有优良性能的基础上，加入的混合变质剂，0.3%稀土+3.0%三元盐（15%KCl+40%NaCl+45%NaF），使其力学

2、性能有很大的提高，抗拉强度提高到121MPa，维氏硬度达到52；通过金相组织观察可发现初晶硅得到了明显的细化。关键词：铝硅合金变质力学性能细化B83.616.4三元盐3.0C83.616.4稀土0.3一、引言稀土0.3+三元盐过共晶铝硅合金具有良好的强度、硬度和体积稳定性，并且耐D83.616.43.0[1,2]磨、耐腐蚀性好，是制造发动机活塞的理想材料。然而，该合金将各组试样在微机控制电液伺服万能试验机做拉伸测试，试棒尺寸结晶温度范围宽，随硅含量的增加，初晶硅尺寸增大，强度及塑性如图1。硬度测

3、试是在HR-150A型洛氏硬度计上进行的。用奥林巴斯明显降低,应用受到限制。过共晶铝硅合金一般采用熔铸法进行制金相显微镜观察金相。备，这种方法易于实现且成本较低；在其基体中，初晶硅、共晶硅和共晶铝是其主要组织。初晶硅的形貌及颗粒大小直接关系到合金材料的使用性能，当初晶硅的颗粒粗大且棱角锋利时，会降低其使用性能，因此改善硅相的形状和颗粒尺寸非常关键。目前，除了用快速凝固等方法外，应用最为广泛的是采用变质工艺对过共晶铝硅[3]合金进行调质处理。当前，用于铝硅合金变质的工艺方法很多，加单质元素（如[4

4、,5]纳、锶、锑、钡、磷、硫、砷等）、稀土、中间合金、复合变质图1拉伸测试试样尺寸剂及复合变质等。但很多变质剂都有自身的局限性，就使得用单一三、试验结果的变质剂处理难以达到最佳的综合效果。在工业生产中，一般多采图2、3分别是经不同变质剂处理后的试样抗拉强度和延伸率用复合变质形式，在添加中间合金细化初晶硅的同时，还需要添加数据。从曲线上可以看出，经过变质处理后，合金的抗拉强度、延能细化共晶团的变质剂，这无疑增加了工艺的复杂性。稀土作为铝伸率均得到了提高。其中经混合变质剂变质处理后的抗拉强度提到硅合

5、金变质剂的一种，一般以AlRE中间合金的形式加入，对共晶硅121MPa，延伸率提到12.5%左右。有很好的变质效果，并且有很好的时效性、重熔稳定性和除氢等效[6-8]果，其优异性得到了国内外的广泛认可。基于上述观点出发，本文采用不同种类变质剂对Al-16.4%Si合金进行变质处理，考察了不同种类变质剂的对其组织形态及力学性能的影响。二、试样制备与试验方法以纯铝、单质硅（质量分数99.9%以上）为原料制备母合金Al-16.4%Si，分割成四块。用石墨干锅在CRL-D型电阻炉内于760℃熔化保温，加

6、C2Cl6精炼除气，扒渣后浇入金属模中得一组拉伸试样A；B、C、D组试样采用相同熔炼工艺，并分别加入变质剂稀土、三元盐（15%KCl+40%NaCl+45%NaF）及稀土和三元盐的混合物。各组试样配料和所加变质剂种类及百分比如表1。表一试样配料组别铝（%）硅（%）变质剂（%）A83.616.4无图2变质剂对抗拉强度的影响220理论新探图3变质剂对延伸率的影响图4为不同变质后铝合金的硬度曲线，从图中可清楚的看出，经变质的试样硬度均比原样高。其中，经复合变质剂变质后的硬度最高，比无变质的原样维氏硬度

7、提高接近25%。图4变质剂对硬度的影响DesignIdeas221Design推介四、结论1.本实验得到的组织为初生β（Si）+共晶体（α+β）；2.过共晶铝硅合金使用变质剂变质时，晶粒得到细化，抗拉强度、延伸率、硬度均提高；3.在晶粒细化、性能优化方面，采用混合变质剂变质的效果最好，稀土的次之，三元盐的最差。参考文献：图5为铝硅合金铸态变质处理金相组织照片。在相图中亮色为[1]DumitrescuC,GrozaI,andGeageA.ContributiontotheModificationo

8、fAluminium-SiliconComplexAlloysforCarα(Al)组织，灰色为初生硅，灰黑色的为共晶硅。各种组织呈现不Pistons[J].Metalergia,1978,54(8):473-478.[2]全燕鸣.过共晶型铝硅合金研究的进展[J].轻合金加工技术,1996(2):26-31.同颜色的原因是由于合金在经5%HF溶液腐蚀后，合金表层中的Si与[3]张瑜,王宇鑫,廖文俊,王华钰,杨颖,严彪.稀土元素对过共晶铝硅合金的变质处理[J].金属功能材料,2010,17(3):