如何提高近共晶Al Si鑄造合金的力學效能

2022-09-13 16:30:03 字數 1931 閱讀 5156

請採用分析與綜合的方法,談談如何提高近共晶al-si鑄造合金的力學效能。

答:先從以下方面進行分析:

鋁的密度小、塑性好,具有優良的導電性和導熱性,表面有緻密的氧化膜保護,抗腐蝕性好,而且**成本低,是一種可持續發展的有色金屬。在純鋁中,加入其它金屬或非金屬元素,能配製成各種可供壓力加工或鑄造用的鋁合金。

鑄造鋁合金主要有al-si、al-cu、al-mg、al-zn四類,其中al-si類合金(si≥5%)在工業上應用的時間雖然比al-cu類合金晚,但它具有優良的鑄造效能,如收縮率小、流動性好、氣密性好和熱裂傾向小等,經過變質處理之後,還具有很好的力學效能、物理效能和切削加工效能,因而成為鑄造鋁合金中品種最多,用量最大的合金。近共晶al-si合金由於具有良好的鑄造效能、力學效能、耐蝕性能及低的膨脹係數, 廣泛應用於機械、汽車、航空等領域。

改善固定成分鑄造合金的力學效能,主要從改善鑄造合金的微觀結構入手,得到組織精細、結構完整、缺陷少的鑄造合金,其力學效能將得到提公升。改善合金的微觀結構,可從新增新增劑或物質、改進鑄造工藝、鑄造成形後進行進一步處理等方面著手。

綜合考慮,現階段常從一下幾點出發,來提高近共晶al-si鑄造合金的力學效能:

細化晶粒方面:晶粒細化方法有多種,在鑄造過程中,常用的是加細化劑和控制合適的鑄造條件以達到晶粒細化的效果。

al-si合金中經常加入的細化劑是al-sr變質劑和鋯復合鹽細化劑。

單一al-sr變質劑的加入,不僅改變了共晶矽的形貌,同時對合金的組織也有較明顯的細化作用。al-si合金熔體中加入鍶,不僅改變了共晶矽的形貌, 同時也改變了枝晶α(al) 生長行為。枝晶生長前沿的過冷度增加和溶質不斷富集, 阻礙了晶體生長, 促進了更多的晶核形成, 使合金晶粒細化。

鋯以復合鹽的形式加入熔體,反應生成zral顆粒,表面潔淨,無汙染,可顯著地提高細化和抗衰退能力,同時兼有輔助除氣的效果。

當al-sr變質劑和鋯復合鹽細化劑共同作用時,隨著熔體中鋯含量的增加,鑄錠的晶粒度顯著減小,當熔體的鋯含量超過0.35%,可獲得細小、分布均勻的等軸,其巨集觀晶粒尺寸為100~120μm。與al-zr中間合金相比,無論是細化效果還是抗衰退的能力都優於中間合金。

熱處理工藝方面:影響al-si合金強度的因素有固溶時間、時效時間、mg含量和時效溫度。具體表現為:

mg含量及熱處理工藝引數對sr變質近共晶al-12.35%si合金強度影響因素的主次順序為:固溶時間、時效時間、mg含量和時效溫度;影響伸長率因素的主次順序為:

mg含量、固溶時間、時效時間和時效溫度。

固溶時間和時效時間為影響強度的顯著因素, mg含量和固溶時間為影響伸長率顯著因素。近共晶al-si合金中因si 量較高,組織中si相形貌、大小和分布對合金力學效能的影響較大。合金中si含量對時效溫度的影響較敏感, 隨著si含量的增加,過時效溫度逐漸降低。

鑄造工藝方面:提高al-si合金力學效能的途徑,和其他金屬材料一樣,除改善合金材質本身的各種效能外,不能忽視各種鑄造方法的影響。通常採用新的鑄造方法改善合金效能的途徑是很多的。

除了加速冷卻(如採用金屬型、石墨型等)、超聲波和電磁振動等結晶法細化晶粒外,還可以採用壓力下結晶(如高壓擠壓鑄造-液態模鍛、半液態模鍛)等方法,不但能細化晶粒,還能使晶粒的位錯密度加大,可以大幅度提高合金的力學效能。

參考文獻:

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