新型鋁硅材料實(shí)驗(yàn)方法及過程

1、新型鋁硅材料實(shí)驗(yàn)方法及過程本課題實(shí)驗(yàn)聽用鉗錠.耕吐.混合柿七(RE)的化學(xué)成分分別如表21.表2久表23所樂.豪21童熔用ISttlt學(xué)戒仆戒分AlSiFeCuMgCflwt%99.74(501020.13500010.0039017&2.2裕忙化7成廿成分SiFeAlCaA卻比99.470.220.24.07我2.3Ht-fr敘RE)成分成分FeLtiCeFrNdSinn'.wt%0.536074903510<0.3>99.02,2實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法1實(shí)驗(yàn)用橫具設(shè)計(jì)根據(jù)據(jù)定的實(shí)驗(yàn)汁劃要求，設(shè)計(jì)了木課題實(shí)驗(yàn)的專用鑄造模具.圖21為加工制造裝配完整后的模具愿片.圖22為由

2、圖U所示模具傳造出來的鑄件示童圈山圖2J聽示的模具結(jié)構(gòu)可以看出.童腔兩端尺寸差別較大.由小鴻至大端型腔噴向尺寸呈連續(xù)變化趟協(xié)匚模具壁厚的淳異，便符液態(tài)合金濾注至型盟后f鑄件的冷卻速厘隨模具位置逐漸變化、即W#宙大竭到小瑞冷卻速度呆I:升趨勢(shì)"鑄件不同的部位具有不同的冷卻速度.一扶澆注操作、鰹可得到不圖冷卻速度的試樣組織"大大探A了實(shí)驗(yàn)的效率另外，在選擇模具材料時(shí).考慮到顒跚和黃銅材料導(dǎo)熱系Sfc的爰異.本課題分別用黃銅和紫銅兩種材料加工制造成兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的模具.這樣.在插來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)彫響冷卻速度的基礎(chǔ)I*乂增加了夥響冷卻罐度的另_個(gè)物理養(yǎng)數(shù)一一導(dǎo)熱系數(shù).毎輪實(shí)柴均snj

3、ntr設(shè)計(jì)的兩個(gè)模具來完成澆鑄.從血獲側(cè)芬給、事條列的鑄件試樣并根據(jù)擬定的實(shí)驗(yàn)訃劃進(jìn)-步處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測(cè)定、分析并進(jìn)行相關(guān)分析研究.混合RE中間合金的制備由于稀土兀索化學(xué)活性比較強(qiáng).僅次F喊金屬和堿土金屈，比其他金屈兀索都活潑冋.所以.為防止K在熔化過程中披軌化而4成穩(wěn)定的化合物.進(jìn)而影響其變質(zhì)效果.本課題按照鋁錠和混合稀土質(zhì)雖百分比為91來配制爐料,在堆竭電阻爐中熔化.攪拌，靜置,澆鑄制成A1-1O%RE中間合金,在以后的毎輪實(shí)驗(yàn)中均以中間合金的形式添加RE來控制All2S1中RE的倉吊o合金的制備為了研究混合RE矗加吐對(duì)變質(zhì)效果的彤響我們?nèi)壑屏宋宸N混合RE伶址（00.5%,1.0%,1.5

4、%.2.0%）的A112Si合金。制備每組A112Si合金試樣之前.首先進(jìn)行爐料的組分配制.保證毎組實(shí)驗(yàn)鋁與硅的質(zhì)St百分比均為S3%：12%,只改變爐料總體中混合RE的含雖。按照課題擬定計(jì)劃中鋅組分的質(zhì)&Q分比計(jì)算并配置好所何爐料之后.將熔化爐料所用的石SW竭涂刷涂料,預(yù)熱至300-C并保溫12個(gè)小時(shí)然麻將所配置的爐料放入堆堰內(nèi)繼續(xù)保溫.預(yù)熱3小時(shí)以上后送電熔化.熔化時(shí)設(shè)定熔化溫度為800*C,并在爐料表面撒上-層熔煉精煉劑（這里選用質(zhì)區(qū)比為1:1的NaCl和KCI作為粘煉劑）。待爐料全部熔化完畢.靜置保溫15分鐘后，扒渣處理，準(zhǔn)并、注。此時(shí)將熔化爐溫度值設(shè)置為700-C,即澆注溫度

5、.于動(dòng)將合金熔體快速澆入至詢ini所述的IT制銅制模具熨腔中（金屬型模具預(yù)熱溫度為200-C）.在該模JI中冷卻大約2秒鐘后開啟模具并取出鑄件.然后按照實(shí)驗(yàn)擬定方案對(duì)鑄件進(jìn)行冷卻。首先以“空冷”、“水冷”的冷卻方式分別獲得兩組不同冷卻速度卜的鑄件.最后再將澆注至金屬燮后的液態(tài)A1-S1合金連同模八起迅速放入水中急冷，從而獲得第三組冷卻速度卜的鑄件。熔化每組不同配比的爐料,均采用黃銅和紫銅兩個(gè)模具進(jìn)行澆注.采用每個(gè)模具澆注后.分別釆用三種不同的冷卻方式得到三組鑄件.這樣,采用黃銅和紫嗣兩個(gè)模具鑄造共得到六組鑄件。試樣制備及方法毎輪實(shí)驗(yàn)所砂的六組鑄件，均先進(jìn)行切割處理，為了盡雖避免鑄件上衷血與空氣

6、的應(yīng)接接觸以及鑄件卜表面與模八熨腔底部Fi接接觸而產(chǎn)生的“急冷”現(xiàn)線.本課題采用如圖2.2所示的試樣切割方法.即從鑄件的中間部位切開,取其的卜半部分并切割為圖2.2«|'所示的A,B.C三部分作為研究對(duì)彖。然后用餓樣機(jī)將毎個(gè)切割好的試樣進(jìn)行鑲嵌制成金相試樣,鑲嵌完成后.在M柱形金相試樣的柱面上打制標(biāo)記以做區(qū)分,防止各試樣之間的混淆。符號(hào)“H”、“Z”表示“黃銅”、“紫嗣”模貝澆鑄成型的鑄件，“K”、“S”、“M”分別表示三種冷卻方式,即“空”冷、“水"冷、連同“模貝”一起水冷。Z后.用粒度型號(hào)不同的砂紙對(duì)金相試樣一一進(jìn)行于工打燒，雖后用拋光機(jī)對(duì)其進(jìn)行機(jī)械拋光。經(jīng)過這

7、些金相試樣制備工序后，為了保證金相救片中具仃清晰的晶界，易于后續(xù)的金相組織照片的觀察、處理和數(shù)字化表達(dá)分析等.用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉溶液時(shí)所觀察的金相試樣農(nóng)面進(jìn)行腐濁處理，然后分別經(jīng)過蒸懈沖洗T乙醉洗滌(時(shí)間越久越好)T真空烘T超聲洗滌T貞.空烘干等一系列操作后.制成可進(jìn)行最終分析用的金相試樣.徹底烘干是為了防止后續(xù)實(shí)驗(yàn)中用掃描電鏡分析儀(SEM)分析時(shí)，金相試樣內(nèi)部遺存溶液裁汽的揮發(fā)|fu對(duì)打描電鏡造成不必要的河染和損壞.綜上所述，試樣制備的主要流程包括:試樣的切割、粗鷹、精磨、機(jī)械拋光、裁懈水洗滌、灑耕洗滌、貞空烘F、超聲沽洗、貞空燥.金相組織照片的荻取試樣制備結(jié)束后，用帶仃圖像分析功

8、能的H>D-1000TMC型顯微鎖度測(cè)試儀If!攝每組金相試樣的組織曲片這些照片將在后續(xù)的竟節(jié)中仃選抒地列出，并分析金相組織照片中Si相形貌特點(diǎn)隨RE含址的變化而表現(xiàn)出的分布規(guī)律。2.2.6硬度實(shí)驗(yàn)采用些號(hào)')HBE-3000A的布氏鎖度儀打制A112S1合金試樣的布氏硬度壓痕.測(cè)試力設(shè)置為125kgf.選定硬質(zhì)鋼球直徑為5mm保壓時(shí)間設(shè)世為15秒。打制好壓痕Jn用光學(xué)顯微儻測(cè)51斥痕II徑的大小然后利用公式(21)汁»得岀每個(gè)斥痕直徑所對(duì)應(yīng)的布氏段度值。采用HXD-1000TMC顯微硬度測(cè)試儀測(cè)試金相試樣的微觀硬度.測(cè)試時(shí)負(fù)荷選定為O.Olkgf,保壓時(shí)何設(shè)置為10秒

9、，測(cè)試完成廟血接讀出維氏硬度的值。HBW=0102x，(2.1)pD'(l-yll-d-/D2)2.2 7掃描電鏡(SEM)測(cè)試分析和能譜分析將測(cè)試過硬度壓痕的試樣去掉鑲嵌材料后，用鋰刀鋰掉壓痕.鋰平表而,再經(jīng)過砂紙打燒，機(jī)械拋光，腐蝕，洗滌，貞空烘等步驟Z后,做SEM測(cè)試分析,并柏?cái)z出100倍,200倍.400倍.800倍,1600倍,3000fS等視場(chǎng)下的金相組織照片。利用“線”掃描或“點(diǎn)”掃描做出金相試樣的能譜分析圖.方伸后續(xù)實(shí)舫結(jié)果的分析研究.2.3研究過程相圖是研究合金凝固過程中各種析出相的重要依據(jù)陰.為了研究的方便,本課題擬采用對(duì)A112S1合金中所涉及的組元進(jìn)行分析.然后

10、結(jié)合合金的實(shí)際成分和溫度,分析鑄造A112S1合金中各種可能相的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),用數(shù)字化表達(dá)的方法分析研究冷卻速度對(duì)其凝固組織形態(tài)和分布的莎響O鋁硅工業(yè)合金中一股含右Mg,Cu,Fe等元素。其中，介金的強(qiáng)化相主要仃Cu,Mg,Si等，在加入這些元索后，其熱力學(xué)條件會(huì)發(fā)生變化.凝周過程中，齊種析出相也將隨Z改變，通過分析各種物相來分析對(duì)Al-Si金性能特點(diǎn)的形響。2.3 1冷卻速度對(duì)AI12Si合金金相組織形態(tài)的影響不同的動(dòng)力學(xué)條件卜.各種相的析出形態(tài)、大小、分布對(duì)合金的性能仃逅要的形響，利用前文所述的可以反映模具壁厚不同的模具結(jié)構(gòu),并模擬等軸晶形成條件，在水冷、空冷、模水冷三種冷卻速度條件卜進(jìn)

11、行凝固冷卻.并且按所擬定的切割方法制備試樣，進(jìn)行相關(guān)研究。爐冷條件卜A1-S1系列合金易呈現(xiàn)出樹枝品組織，所以該課題重點(diǎn)研究空冷、水冷、模水冷條件卞的組織特點(diǎn)。另外，對(duì)金相組紐進(jìn)行分析時(shí)，由于一些傳統(tǒng)的分析方法具有很強(qiáng)的上觀性，討論分析結(jié)果往往因人而異,即同樣的組織分布分析結(jié)果會(huì)因觀察占的不同而相差庚遠(yuǎn)，這對(duì)分析結(jié)果的乞觀準(zhǔn)確性未免產(chǎn)生一定的影響。為此，木論文擬用數(shù)7化農(nóng)達(dá)的方法來取代傳統(tǒng)的研究方法，以減小分析結(jié)果的上觀性誤菱，堆強(qiáng)務(wù)觀性。在相同的實(shí)驗(yàn)條件卜，數(shù)7化表達(dá)方法反映出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是一樣的.具有較強(qiáng)的客觀準(zhǔn)確性,這在一定程度上可以進(jìn)一步提髙理論研究的榕確水平.2.3.2冷卻速度對(duì)Al

12、12Si合金強(qiáng)度的影響通過檢測(cè)每組實(shí)驗(yàn)所制備試樣的力學(xué)物理性能.分析不同金相組織特征對(duì)試樣的力學(xué)物理性能的影響，總結(jié)艸通條件卜改善A112S1合金組織形態(tài)分布的方法.及其可行的強(qiáng)化措施。鎖度值與強(qiáng)度值在很大桎度卜是一一對(duì)W的，所以為了研究方便，木論文采用布氏硬度測(cè)試儀打制毎輪實(shí)驗(yàn)所紂試樣的布氏喚度丿k痕，通過公式(22)訃剤E痕平均直徑,把不同冷卻速度的試樣壓痕平均直徑代入公式(2.1).計(jì)算出各金相試樣對(duì)應(yīng)的布氏硬度值，并且測(cè)定合金金相試樣的微觀硬度值。通過對(duì)比分析，進(jìn)而總結(jié)冷卻速度對(duì)A112S1合金性能的形響.5=0膽(2.2)變質(zhì)處理對(duì)AH2Si合金金相組織形態(tài)以及性能的影響用不同含量的A1-1O%RE中何合金作為變質(zhì)劑處理A112S1合金.并按照前文內(nèi)容所述方法制備合金金相試樣.觀察分析不同動(dòng)力學(xué)條件卜的變質(zhì)劑對(duì)其金相組織形態(tài)和分布的影響.進(jìn)一步探討RE的變質(zhì)機(jī)理.根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料研究，預(yù)測(cè)到稀上成分不同、含星不同，變質(zhì)效果都會(huì)仃差別，所以我們擬加入不同成分、不同口分含址的檢土，來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。同樣.按前文內(nèi)容所示方法測(cè)試試樣的壓痕自用，計(jì)算布氏換度值，測(cè)定微觀維氏般度，并進(jìn)行比較分析.進(jìn)一步探討完善變質(zhì)處理對(duì)A112S1金性能的彫響，試圖從理論上找到強(qiáng)化合金的方法，從而指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。2.4本章小結(jié)本章介紹了課題實(shí)驗(yàn)所用的原材料,列表說明了各原材料的化