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中钢网新闻中心钢市纵横行业技术固液相区等温保温对原位Mg2Si/Al-Si复合材料初生相的影响

固液相区等温保温对原位Mg2Si/Al-Si复合材料初生相的影响

分享打印 2014-12-29 11:17 编辑:薇薇     来源: 行业技术     字体: [大][中][小]    

   被誉为现代制造业绿色基础材料之一的过共晶Al-Si合金，不仅材料来源广泛，提炼和加工污染较小，容易回收，而且因其具有优异的低膨胀性能，良好的耐磨性、耐蚀性、流动性、导热性及密度小等优点，而被广泛应用于新型汽车和航空航天等领域。相关研究表明，在过共晶Al-Si合金熔体中添加适量Mg，能明显改善Al-Si合金性能，Mg和Si在高温下原位反应能生成密度仅为1.99kg/m3，弹性模量高(120GPa)，热膨胀系数低的Mg2Si相。Mg2Si相作为金属基复合材料增强相弥散分布在Al基体中，不仅使复合材料具有高强度、高硬度等特点，而且有热力学稳定和界面结合好等优点。因此，原位生成Mg2Si颗粒增强绿色系Al基复合材料日益受到重视。但该合金中Mg含量较高，由于制备工艺不同，熔体中易生成组织形貌不规则且尺寸粗大的Mg2Si，这些呈粗大树枝晶或块状的Mg2Si组织尖角鲜明，易造成应力集中，割裂基体组织，使得材料的常温和高温力学性能显著下降。为改善Mg2Si的形貌尺寸，从而提高合金性能，采用了稀土、复合变质剂等对合金进行变质处理，取得了一定的成效。基于绿色发展原则，既节约资源又有利于合金的回收处理，本研究在不对合金进行变质处理及不添加其他元素的条件下，通过对Al-Mg-Si合金进行等温保温处理，探索等温保温处理改善Al-Mg-Si合金显微组织的可行性，为进一步研究对其热处理和提高合金力学性能提供重要的理论基础。

试验以工业纯铝(含99.7wt%Al)、铝-硅中间合金(含20wt%Si)、镁为原料，在SG2-3-10型坩埚电阻炉内熔炼Al-11%Mg-17%Si合金，其化学成分为（质量分数，%）：11.365Mg，16.939Si，0.005P，0.053S，0.034Cl，0.022K，0.024Ca，0.009Ti，0.049Cr，0.056Mn，0.128Fe，0.013Cu，余量为Al。经差热分析(DTA)测定所熔炼合金的液相线温度为621.8℃，三元共晶温度为571.1℃。首先将石墨坩埚预热到500～600℃，同时将铝硅锭预热到200℃，加入到坩埚中，升温使其熔化。熔化过程中加入覆盖剂(50%NaCl+50%KCl)，待炉料全部熔化之后升温至720～750℃，然后加入11wt%Mg。为防止镁块烧损，用铝箔包住镁块，以钟罩压入铝液深处，使其完全熔化并搅拌均匀，静置10min。除去表面熔渣后，分2～3次加入0.3wt%～0.5wt%C2Cl6进行除气精炼，后浇注于经预热到300℃的金属型模中，浇注温度为695℃，开始凝固后再把其转移至箱式电阻炉中进行固液相区等温保温处理，试验选取等温保温温度、保温时间两个因素，并分别选取3个水平共3组9个试验，保温后水淬冷却。铸模的尺寸为Φ30mm×80mm，壁厚为5mm。
Al-Mg-Si合金575～615℃保温，在相同时间下，随着保温温度的升高，颗粒尺寸逐渐减小，圆形度逐渐提高；保温60s时，随着保温温度的升高，其初生Mg2Si演变特征为：粗大板块状或多边形不规则的枝晶→棱角鲜明、相对规则的晶体→棱角开始钝化、圆形度更高的多边体晶体。合金材料在615℃条件下保温，随着时间的延长：一方面，在颗粒尺寸上，初生Mg2Si尺寸逐渐减小；另一方面，在形态上，初生Mg2Si圆形度明显变好。不同条件下固液相区等温保温处理Al-17.4%Mg2Si-10.6%Si复合材料的最适宜工艺为615℃条件下保温300s，其颗粒尺寸最小，圆整度最好，平均等径圆直径20.54μm，形状因子0.67。（榕霖）

 

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