摘要: 为了将过共晶Al-Si合金熔体结构与熔体热处理及磷变质的研究联系起来，采用差示扫描量热分析和电阻率测量的方法研究了Al-18Si合金的熔体结构。结果显示，合金的DSC曲线在780-875℃的温度区间内出现放热峰，说明合金熔体的结构在此温度区间内发生了变... 展开 为了将过共晶Al-Si合金熔体结构与熔体热处理及磷变质的研究联系起来，采用差示扫描量热分析和电阻率测量的方法研究了Al-18Si合金的熔体结构。结果显示，合金的DSC曲线在780-875℃的温度区间内出现放热峰，说明合金熔体的结构在此温度区间内发生了变化。在熔化状态下，Al-18Si合金熔体的电阻率在测量的温度范围内大体上随着温度的升高而线性增大，但在777-790℃、819-835℃和945-971℃三个温度区间内呈现出不连续变化，揭示了合金熔体在不同温度区间内处于不同的结构状态。以DSC曲线和电阻率试验所揭示的熔体结构状态的信息为依据，在合金熔体结构发生变化前后分别对熔体进行过热处理，结果显示，不同过热温度和保温时间可引起凝固组织中初晶硅尺寸、形貌和分布的变化，而且过热温度对共晶硅的形态也有一定的影响，这说明合金的熔体结构与凝固组织之间存在一定的联系。 通过对Al-18Si合金熔体进行热速处理，研究了不同过热温度、不同保温时间以及不同凝固速度对合金微观组织和力学性能的影响。结果发现，随着过热温度的升高及保温时间的延长，初晶硅和共晶硅的尺寸均先减小后增大，合金的力学性能先提高后降低。与常规熔炼工艺相比，在热速处理的过热温度为930℃，保温时间为20min时，初晶硅的形貌由粗大的板状变为细小的块状，平均尺寸由70μm左右被细化到16μm左右，共晶硅由粗大的针状变为细小的粒状，拉伸强度和布氏硬度分别提高了15.38％和8.08％，这说明熔体的热速处理可以显著改善Al-18Si合金的组织并提高其力学性能。初晶硅和共晶硅的尺寸越细小，形貌越规整，分布越均匀，合金的力学性能越好。在相同的熔体状态下，凝固速度越小，初晶硅的尺寸越大、数量越多，而凝固速度越大，初晶硅的尺寸越小、数量越少，说明慢冷有利于初晶硅的析出，而快冷则可以抑制其析出。 通过向Al-18Si合金熔体中添加Al-3.5P中间合金的方式研究了磷变质对合金微观组织和力学性能的影响，结果显示，合金在770℃的变质效果比930℃的变质效果好，说明合金的变质温度在很大程度上会影响磷变质的效果。在此基础上，研究了热速处理和磷变质的复合处理对Al-18Si合金微观组织和力学性能的影响，结果发现，在930℃先对熔体进行磷变质再对其进行热速处理使合金组织中的初晶硅颗粒聚集，力学性能恶化；在930℃先对熔体进行热速处理使其温度降到770℃再对其进行磷变质可使合金的组织改善，力学性能提高，与常规熔炼工艺相比，此工艺使得初晶硅凝固过程中的大量形核温度下降了8.7℃，过冷度提高了10.9℃，合金的拉伸强度和布氏硬度分别提高了23.02％和11.79％。 通过向Al-18Si合金中添加合金元素Cu和Mg并对其进行热速处理的方式，研究了合金化与热速处理的结合对合金微观组织和力学性能的影响。将热速处理工艺下的Al-18Si-1.5Cu-0.6Mg合金与Al-18Si合金相比，其初晶硅凝固过程中的TN、TM、TG有一定程度的增大，共晶平台略有下降，拉伸强度和布氏硬度分别提高了43.99％和40.20％。在此基础上，研究了合金化及热速处理与磷变质的复合处理对Al-18Si合金微观组织和力学性能的影响，结果发现，在930℃条件下，先对Al-18Si-1.5Cu-0.6Mg合金熔体进行热速处理，使其温度激冷到770℃时再对其进行磷变质后所得合金中初晶硅的形貌变为细小的块状，尺寸被细化到16μm左右，与常规熔炼工艺所得的Al-18Si合金相比，初晶硅凝固过程中的过冷度提高了8.5℃，共晶反应的过冷度提高了5.6℃，抗拉强度和布氏硬度分别提高了75.94％和66.59％。 收起