合金材料及熔煉1

1、合金材料及熔煉合金材料及熔煉 有色合金部分有色合金部分1華中科技大學(xué)材料學(xué)院華中科技大學(xué)材料學(xué)院材料成形及控制工程專(zhuān)業(yè)課程鑄造合金原理及熔煉教案 呂書(shū)林呂書(shū)林21 1、有色合金概論、有色合金概論有色合金或有色合金或非鐵合金非鐵合金 鋁合金鋁合金 銅合金銅合金 鎂合金鎂合金鑄造鈦合金鑄造鈦合金 鋅合金鋅合金 鈦合金鈦合金按加工方法分類(lèi)：鑄造鋁合金、變形鋁合金，等。按密度大小分類(lèi)：輕有色合金：鋁、鎂、鈦 重有色合金：銅、鋅、鎳、鈷、錫、金等 鎂鎂合金合金 鈦鈦合金合金31 1、有色合金概論、有色合金概論轎車(chē)上的鑄件轎車(chē)上的鑄件很多是鋁鑄件或正在改為鋁、鎂鑄件很多是鋁鑄件或正在改為鋁、鎂鑄件41 1

2、、有色合金概論、有色合金概論鑄鑄造造鋁鋁合金合金進(jìn)氣進(jìn)氣歧管歧管51 1、有色合金概論、有色合金概論壓鑄鋁壓鑄鋁合金合金液液壓閥壓閥體體61 1、有色合金概論、有色合金概論鋁鋁合金合金鍛鍛件件71 1、有色合金概論、有色合金概論鑄鑄造造鋁鋁合金合金發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)缸體8車(chē)門(mén)車(chē)門(mén)儀表板儀表板缸體蓋板缸體蓋板進(jìn)氣管進(jìn)氣管1 1、有色合金概論、有色合金概論鎂鎂合合金金的的應(yīng)應(yīng)用用舉舉例例91 1、有色合金概論、有色合金概論鑄鑄造造鎂鎂合合金金的的應(yīng)應(yīng)用用舉舉例例10壓鑄鎂壓鑄鎂合金的合金的應(yīng)應(yīng)用用舉舉例例1 1、有色合金概論、有色合金概論111 1、有色合金概論、有色合金概論分類(lèi)分類(lèi)合金名稱合金名稱

3、合金系合金系牌號(hào)舉例牌號(hào)舉例性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)主要用途主要用途不能熱處理不能熱處理強(qiáng)化鋁合金強(qiáng)化鋁合金防銹鋁Al-Mg5A05，5052抗蝕性、壓力加工性好，但強(qiáng)度較低。用于焊接在液體中工作的容器和構(gòu)件，如油箱、液體導(dǎo)管，或裝飾件等。Al-Mn3A21；3003可熱處理強(qiáng)可熱處理強(qiáng)化鋁合金化鋁合金硬鋁Al-Cu-Mg2A11, 2A12，2014力學(xué)性能高。中等強(qiáng)度或高負(fù)荷零件，如葉片、螺栓等。超硬鋁Al-Zn-Mg-Cu7A04,7A 097075室溫強(qiáng)度最高。 高載荷零件，如飛機(jī)大梁、加強(qiáng)框等。鍛鋁Al-Mg-Si-Cu2A14, 2A50，6A02鍛造性能和耐熱性好。適于形狀復(fù)雜、中等強(qiáng)度

4、鍛件和沖壓件，如風(fēng)扇葉輪、活塞等。Al-Cu-Mg-Fe-Ni 2A70, 2A80 表表 變變形形鋁鋁合金分合金分類(lèi)類(lèi)、性能特點(diǎn)及用途、性能特點(diǎn)及用途變變形合金！形合金！121 1、有色合金概論、有色合金概論變變形形鋁鋁合合金金的的典典型型應(yīng)應(yīng)用用各各種種建材建材工工業(yè)鋁業(yè)鋁型材型材高速列高速列車(chē)鋁車(chē)鋁合金合金車(chē)車(chē)體體全全鋁鋁合金合金轎車(chē)轎車(chē)架架131 1、有色合金概論、有色合金概論國(guó)內(nèi)鋁、鎂、鈦合金材料應(yīng)用簡(jiǎn)況：國(guó)內(nèi)鋁、鎂、鈦合金材料應(yīng)用簡(jiǎn)況： 部分零部件的制造水平達(dá)到國(guó)際水平部分零部件的制造水平達(dá)到國(guó)際水平 鋁、鎂、鈦合金的使用量有待提高鋁、鎂、鈦合金的使用量有待提高 鋁、鎂、鈦合金零件

5、的制造技術(shù)需要進(jìn)一鋁、鎂、鈦合金零件的制造技術(shù)需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)步開(kāi)發(fā)141 1、有色合金概論、有色合金概論本本課課程程學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)的目的：的目的：（1 1）掌握幾種主要材料的化學(xué)）掌握幾種主要材料的化學(xué)組成、組織及性能組成、組織及性能；（2 2）掌握幾種合金的合金化原理及方法；）掌握幾種合金的合金化原理及方法；（3 3）掌握幾種合金的熔煉、精煉、變質(zhì)處理的原）掌握幾種合金的熔煉、精煉、變質(zhì)處理的原 理及方法；理及方法；（4 4）了解合金材料的標(biāo)準(zhǔn)及用途。）了解合金材料的標(biāo)準(zhǔn)及用途。151 1、有色合金概論、有色合金概論本本課課程程學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)的主要的主要內(nèi)內(nèi)容：容：（1 1）鋁鋁合金合金重點(diǎn)重點(diǎn)內(nèi)內(nèi)容；

6、容；（2 2）銅銅合金；合金；（3 3）鎂鎂合金；合金；（4 4）鋅鋅合金（了解）；合金（了解）；（5 5）合金熔）合金熔煉煉原理及方法。原理及方法。161 1、有色合金概論、有色合金概論本本課課程程學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)的要求：的要求：（1）聽(tīng)課（作筆記）聽(tīng)課（作筆記）（2）習(xí)題（或思考題）習(xí)題（或思考題）（3）考試（考查）考試（考查）（4）對(duì)教材、內(nèi)容提出意見(jiàn)和建議）對(duì)教材、內(nèi)容提出意見(jiàn)和建議參考教材：蔡啟舟，吳樹(shù)森編，參考教材：蔡啟舟，吳樹(shù)森編，鑄造合金原鑄造合金原理及熔煉理及熔煉，化學(xué)工業(yè)出版社，化學(xué)工業(yè)出版社，2010年年173.1 3.1 鑄造鋁合金鑄造鋁合金鑄造鋁合金鑄造鋁合金 鋁硅合金（鋁硅

7、合金（Al-Si) 鋁銅合金（鋁銅合金（Al-Cu) 鋁鋅合金（鋁鋅合金（Al-Zn) 鋁鎂合金（鋁鎂合金（Al-Mg)183.1.1 3.1.1 鑄造鋁硅合金鑄造鋁硅合金Al-SiAl-Si合金的二元相合金的二元相圖圖 0.10.05室溫溶解度室溫溶解度（20 C）580 C1.65極限溶解度極限溶解度(一定溫度下一定溫度下)Si元素名稱元素名稱Si在Al中的溶解度亞共晶亞共晶Al-SiAl-Si合金：合金：Si11%Si11%共晶共晶Al-SiAl-Si合金：合金：Si=11-13%Si=11-13%過(guò)共晶過(guò)共晶Al-SiAl-Si合金：合金：SiSi13%13%共晶反應(yīng)：共晶反應(yīng)：L L

8、 (A1) (A1)十十 (Si)(Si) (1)(1)二元二元Al-SiAl-Si合金合金193.1.1 3.1.1 鑄造鋁硅合金鑄造鋁硅合金未變質(zhì)的共晶Al-Si合金組織 未變質(zhì)的過(guò)共晶Al-Si合金的塊狀初晶Si 203.1.1 3.1.1 鑄造鋁硅合金鑄造鋁硅合金(2) Si(2) Si含量含量對(duì)對(duì)Al-SiAl-Si合金性能的影合金性能的影響響 a. a. 物理、化學(xué)性能物理、化學(xué)性能 純純SiSi的的顯顯微硬度微硬度為為HVl000HVl0001300 1300 ； 7.67.610106 6/K/K 213.1.1 3.1.1 鑄造鋁硅合金鑄造鋁硅合金b. b. 力學(xué)性能力學(xué)性能

9、 SiSi含量含量對(duì)對(duì)Al-SiAl-Si合金力合金力學(xué)學(xué)性能的影性能的影響響 (2) Si(2) Si含量含量對(duì)對(duì)性能的影性能的影響響 注意：注意：Al-SiAl-Si合金強(qiáng)度的合金強(qiáng)度的絕絕 對(duì)值對(duì)值（二元合金）；（二元合金）； 純純AlAl的強(qiáng)度的強(qiáng)度值值。223.1.1 3.1.1 鑄造鋁硅合金鑄造鋁硅合金C. C. 鑄造性能鑄造性能 重點(diǎn)掌握：流重點(diǎn)掌握：流動(dòng)動(dòng)性；收性；收縮縮性性d. d. 加工性能加工性能 一般很好！一般很好！過(guò)過(guò)共晶初晶共晶初晶SiSi硬度大！硬度大！233.1.2 3.1.2 提高鑄造提高鑄造Al-SiAl-Si合金性能的途徑合金性能的途徑生生產(chǎn)產(chǎn)中中僅僅采用

10、二元的采用二元的Al-SiAl-Si合金很少，只有一合金很少，只有一個(gè)個(gè)牌牌號(hào)號(hào)！表表3.1 3.1 鑄造鋁硅合金的牌號(hào)和化學(xué)成分鑄造鋁硅合金的牌號(hào)和化學(xué)成分 ( (摘自摘自GB/T 1173-1995)GB/T 1173-1995) 0.100.30Be0.150.40.350.556.58.5ZL116ZAlSi8MgBeSb0.10.251.21.80.40.654.86.2ZL115ZAlSi5Zn1Mg0.100.20Be0.040.070.450.606.57.5ZL114AZAlSi7Mg1A0.100.350.100.350.40.61.31.88.010.0ZL111ZAlS

11、i9Cu2Mg0.20.55.08.04.06.0ZL110ZAlSi5Cu6MgNi0.81.50.81.30.51.511.013.0ZL109ZAlSi12Cu1Mg1Ni10.30.90.41.01.02.011.013.0ZL108ZAlSil2Cu2Mg13.54.56.57.5ZL107ZAlSi7Cu40.100.250.30.50.30.51.01.57.58.5ZL106ZAlSi8CulMg0.40.551.01.54.55.5ZL105AZAlSi5CulMgA0.40.61.01.54.55.5ZL105ZAlSi5Cu1Mg0.20.50.170.358.010.5

12、ZL104ZAlSi9Mg10.013.0ZL102ZAlSil20.080.200.250.456.57.5ZL101AZAlSi7MgA0.250.456.57.5ZL101ZAlSi7MgTiMnZnMgCuSi主要元素重量百分?jǐn)?shù)主要元素重量百分?jǐn)?shù)(%(%)合金代號(hào)合金代號(hào)合金牌號(hào)合金牌號(hào)243.1.2 3.1.2 提高鑄造提高鑄造Al-SiAl-Si合金性能的途徑合金性能的途徑3 3個(gè)措施：個(gè)措施：合金化；變質(zhì)或細(xì)化處理；熱處理合金化；變質(zhì)或細(xì)化處理；熱處理 一、固溶強(qiáng)化一、固溶強(qiáng)化（合金化效果之一）：通過(guò)合金元素固溶于鋁基體中，使晶格發(fā)通過(guò)合金元素固溶于鋁基體中，使晶格發(fā)生畸變，從而

13、使塑性變形的抗力增加，合金強(qiáng)度和硬度提生畸變，從而使塑性變形的抗力增加，合金強(qiáng)度和硬度提高的過(guò)程叫做固溶強(qiáng)化高的過(guò)程叫做固溶強(qiáng)化。金屬學(xué)原理：溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差越大，溶質(zhì)金屬學(xué)原理：溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差越大，溶質(zhì)原子的溶入量越多，晶格畸變也越大，固溶強(qiáng)化的效果原子的溶入量越多，晶格畸變也越大，固溶強(qiáng)化的效果也越好。也越好。例如：例如：AlAl基體中加固溶度大的基體中加固溶度大的MgMg、CuCu等。等。 多元少量原多元少量原則則。 253.1.2 3.1.2 提高鑄造提高鑄造Al-SiAl-Si合金性能的途徑合金性能的途徑例：例：AlAl基體中加基體中加CuCu圖圖 固溶固溶Cu

14、Cu原子與位錯(cuò)的相互作用原子與位錯(cuò)的相互作用 溶溶質(zhì)質(zhì)原子吸附于位原子吸附于位錯(cuò)錯(cuò)周周?chē)鷩纬?，形成?“氣團(tuán)氣團(tuán)” ”，起到，起到“ “釘釘扎扎” ”作用。作用。（位（位錯(cuò)帶錯(cuò)帶著著“ “氣團(tuán)氣團(tuán)” ”運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)需施加更大外力）需施加更大外力）263.1.2 3.1.2 提高鑄造提高鑄造Al-SiAl-Si合金性能的途徑合金性能的途徑二、時(shí)效強(qiáng)化二、時(shí)效強(qiáng)化（合金化（合金化+ +熱處理）熱處理）時(shí)效處理，又稱時(shí)效處理，又稱。指在固溶度隨溫度降低而減少的合金系中，指在固溶度隨溫度降低而減少的合金系中，當(dāng)合金元素含量超過(guò)一定限量后，淬火可獲得過(guò)飽和固溶當(dāng)合金元素含量超過(guò)一定限量后，淬火可獲得過(guò)飽

15、和固溶體。在較低的溫度加熱體。在較低的溫度加熱( (即時(shí)效即時(shí)效) )，過(guò)飽和固溶體將發(fā)生分，過(guò)飽和固溶體將發(fā)生分解并析出解并析出彌散相彌散相，引起合金強(qiáng)度、硬度升高而塑性下降的，引起合金強(qiáng)度、硬度升高而塑性下降的過(guò)程。它也被稱為過(guò)程。它也被稱為沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化。 人工時(shí)效：按加熱溫度的高低分：人工時(shí)效：按加熱溫度的高低分： 不完全人工時(shí)效：不完全人工時(shí)效：150-170150-170 C C； 較高強(qiáng)度、良好塑性較高強(qiáng)度、良好塑性； 完全人工時(shí)效：完全人工時(shí)效： 175-185175-185 C C； 高強(qiáng)度、低塑性；高強(qiáng)度、低塑性； 過(guò)時(shí)效過(guò)時(shí)效： 190-230190-230 C C；

16、較高強(qiáng)度，良好塑性、抗蝕性。較高強(qiáng)度，良好塑性、抗蝕性。273.1.2 3.1.2 提高鑄造提高鑄造Al-SiAl-Si合金性能的途徑合金性能的途徑舉舉例：例： Al-Si-MgAl-Si-Mg合金合金，添加少量添加少量MgMg（0.20.4%0.20.4%），），時(shí)效析出時(shí)效析出MgMg2 2SiSi強(qiáng)化相強(qiáng)化相。MgMg含量含量對(duì)對(duì)高硅高硅鋁鋁合金合金熱處熱處理前后抗拉強(qiáng)度的影理前后抗拉強(qiáng)度的影響響 （Al-20%Si-2Cu-1Ni-0.6RE Al-20%Si-2Cu-1Ni-0.6RE ）注意注意兩個(gè)問(wèn)題兩個(gè)問(wèn)題：鑄態(tài)鑄態(tài)T6T6態(tài)態(tài)283.1.2 3.1.2 提高鑄造提高鑄造Al-

17、SiAl-Si合金性能的途徑合金性能的途徑三、過(guò)剩相強(qiáng)化三、過(guò)剩相強(qiáng)化（合金化效果之一）（合金化效果之一）：加入加入過(guò)量過(guò)量的的合金元素合金元素時(shí)，一部分溶入固溶時(shí)，一部分溶入固溶體，而超過(guò)極限溶解度的部分則不能溶入，形成過(guò)剩的體，而超過(guò)極限溶解度的部分則不能溶入，形成過(guò)剩的第第二相二相，較硬的第二相可阻礙基體的變形，從而使合金強(qiáng)化。，較硬的第二相可阻礙基體的變形，從而使合金強(qiáng)化。 例如鋁硅合金中的硅相。例如鋁硅合金中的硅相。 過(guò)剩相強(qiáng)化效果與其特性、過(guò)剩相強(qiáng)化效果與其特性、形態(tài)、形態(tài)、數(shù)量、數(shù)量、大小大小、分布有關(guān)。、分布有關(guān)。293.1.2 3.1.2 提高鑄造提高鑄造Al-SiAl-Si

18、合金性能的途徑合金性能的途徑四、組織細(xì)化四、組織細(xì)化提高性能原理？提高性能原理？1 1、基體的細(xì)化：、基體的細(xì)化： -Al-Al2 2、過(guò)剩相的細(xì)化：、過(guò)剩相的細(xì)化：如如SiSi相得細(xì)化相得細(xì)化3 3、有害相得細(xì)化：、有害相得細(xì)化：如雜質(zhì)鐵的粗大針狀如雜質(zhì)鐵的粗大針狀 相相(A1(A15 5FeSi)FeSi) （后面會(huì)詳細(xì)的討論！后面會(huì)詳細(xì)的討論?。ヾkS0Hall-Patch公式：公式：s：屈服強(qiáng)度；：屈服強(qiáng)度；0：?jiǎn)尉w屈服強(qiáng)度：?jiǎn)尉w屈服強(qiáng)度d：晶粒直徑。：晶粒直徑。303.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)包括包括初晶初晶-Al-Al固溶體固溶體、共

19、晶共晶SiSi以及以及初晶初晶SiSi三個(gè)部分的變質(zhì)或細(xì)化三個(gè)部分的變質(zhì)或細(xì)化。對(duì)于共晶對(duì)于共晶SiSi，通常采用的是，通常采用的是變質(zhì)變質(zhì)處理工藝，而對(duì)初晶處理工藝，而對(duì)初晶-Al-Al固溶體固溶體及初晶及初晶SiSi，通常采用的是，通常采用的是細(xì)化細(xì)化處理工藝。處理工藝。 -Al與共晶Si初晶Si31變質(zhì)變質(zhì)（Modification)Modification)指通過(guò)添加少量元素指通過(guò)添加少量元素改變改變凝固凝固過(guò)程中過(guò)程中晶體的生長(zhǎng)形態(tài)晶體的生長(zhǎng)形態(tài)獲得較理想的微觀組織的工藝方獲得較理想的微觀組織的工藝方法，達(dá)到提高鑄件或鑄錠性能的目的。法，達(dá)到提高鑄件或鑄錠性能的目的。 細(xì)細(xì)化（化（R

20、efinement)Refinement)指通過(guò)增加指通過(guò)增加晶核數(shù)量晶核數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)晶粒來(lái)實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)小化的工藝方法，以獲得組織細(xì)小的、性能高的鑄件細(xì)小化的工藝方法，以獲得組織細(xì)小的、性能高的鑄件或鑄錠?；蜩T錠。 “細(xì)化細(xì)化”與與“變質(zhì)變質(zhì)” ，有些場(chǎng)合的傳統(tǒng)習(xí)慣稱呼未嚴(yán)，有些場(chǎng)合的傳統(tǒng)習(xí)慣稱呼未嚴(yán)格區(qū)分。格區(qū)分。 3.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)323.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)一、初生一、初生-Al-Al相的細(xì)化相的細(xì)化針對(duì)亞針對(duì)亞共晶共晶Al-SiAl-Si合金！合金！初生-Al初晶Si333.1.3 3.1

21、.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì) 一、初生一、初生-Al相的細(xì)化相的細(xì)化措施：措施：在純鋁和鋁合金熔液中加入少量在純鋁和鋁合金熔液中加入少量TiTi、ZrZr、B B等元素，等元素，使使 基體的晶粒細(xì)化?；w的晶粒細(xì)化。 常用的是常用的是Al-5TiAl-5Ti，或，或Al-5Ti-1BAl-5Ti-1B中中間間合金。合金。TiAlTiAl3 3( (四方晶格四方晶格) )與鋁與鋁( (面心立面心立方晶格方晶格) )的晶格型式相似，晶的晶格型式相似，晶格常格常數(shù)數(shù)相近：相近：C CTiAl3TiAl385.7nm85.7nm，2C2CAlAl80.8nm80.8nm，相差

22、，相差僅僅5.75.7，不超不超過(guò)過(guò)1010，故，故為為非自非自發(fā)發(fā)晶晶核；核；另，包晶反另，包晶反應(yīng)應(yīng)：L L十十TiAlTiAl3 3，也使也使 依附在依附在TiAlTiAl3 3質(zhì)質(zhì)點(diǎn)上形核。點(diǎn)上形核。 Al-Ti Al-Ti狀態(tài)圖與鋁狀態(tài)圖與鋁中添加中添加TiTi對(duì)對(duì)晶粒晶粒數(shù)數(shù)量的影量的影響響 343.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的合金的變質(zhì)變質(zhì) 一、初生一、初生-Al相的細(xì)化相的細(xì)化未加未加Al-Ti-BAl-Ti-B的的ZL101ZL101合金合金 添加添加1%1%的的Al-5Ti-1BAl-5Ti-1B細(xì)化劑細(xì)化劑 典型大典型大樹(shù)樹(shù)枝晶枝晶晶粒晶粒顯顯著

23、著細(xì)細(xì)化化353.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)二、共晶二、共晶SiSi相的變質(zhì)相的變質(zhì)針對(duì)亞共晶及共晶合金針對(duì)亞共晶及共晶合金未變質(zhì)的共晶未變質(zhì)的共晶Al-SiAl-Si合金的板片狀共晶硅合金的板片狀共晶硅 立體的水淬組織立體的水淬組織0.05%0.05%鍶變質(zhì)鍶變質(zhì)，球粒，球粒狀狀共晶硅共晶硅 立體的水淬組織：珊瑚狀共晶硅立體的水淬組織：珊瑚狀共晶硅363.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)（1 1）措施：加入微量元素。）措施：加入微量元素。 對(duì)共晶體對(duì)共晶體(十十Si)Si)可起變質(zhì)作用的元素：可起變質(zhì)作用的元素：

24、SrSr、SbSb、RERE，BiBi、BaBa、S S、CaCa、TeTe、NaNa等等最常用最常用： （1 1）(0.04(0.040.080.08)Sr)Sr以以Al-10%SrAl-10%Sr 中中間間合金形式加入。合金形式加入。 （2 2）加入）加入NaNa鹽鹽。二、共晶二、共晶SiSi相的變質(zhì)相的變質(zhì)373.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)（2 2）加）加SrSr變質(zhì)工藝變質(zhì)工藝二、共晶二、共晶SiSi相的變質(zhì)相的變質(zhì)變質(zhì)溫度：變質(zhì)溫度： 740-780740-780 C C變質(zhì)劑加入量：變質(zhì)劑加入量： (0.04(0.040.080.08)Sr

25、)Sr， （Al-10%Sr)?Al-10%Sr)? 操作要點(diǎn)：操作要點(diǎn)：加入后保溫加入后保溫15min才有效果；加才有效果；加Sr后再除氣。后再除氣。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：加加SrSr變質(zhì)較簡(jiǎn)單（變質(zhì)較簡(jiǎn)單（Al-10%Sr)Al-10%Sr)；環(huán)境好。；環(huán)境好。 變質(zhì)效果好；保持時(shí)間長(zhǎng)變質(zhì)效果好；保持時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng)效變質(zhì)劑。長(zhǎng)效變質(zhì)劑。 缺點(diǎn)：縮松傾向大；易吸氣。缺點(diǎn)：縮松傾向大；易吸氣。38 舉舉例：Sr對(duì)對(duì)ZL104合金共晶組織的影響合金共晶組織的影響 0 0.005%Sr 0.010%Sr0.012%Sr 0.015%Sr 0.018%Sr0.020%Sr 0.022%Sr Sr增多，共晶增多，共晶

26、硅越來(lái)越細(xì)小硅越來(lái)越細(xì)小加加入入量量的的影影響響3925min 40min90min 120minSr加入量為加入量為0.02%，隨著隨著保溫時(shí)間保溫時(shí)間延長(zhǎng)，共晶硅變粗大延長(zhǎng)，共晶硅變粗大保保溫溫時(shí)時(shí)間間的的影影響響 舉舉例：Sr對(duì)對(duì)ZL104合金共晶組織的影響合金共晶組織的影響 403.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)（3 3）NaNa鹽變質(zhì)工藝鹽變質(zhì)工藝二、共晶二、共晶SiSi相的變質(zhì)相的變質(zhì)Al-SiAl-Si合金常用的合金常用的鈉鹽變質(zhì)劑鈉鹽變質(zhì)劑成分成分 NaFNaF起變質(zhì)作用，為主要成分；起變質(zhì)作用，為主要成分；其他組分為助熔劑（覆蓋劑）其他組

27、分為助熔劑（覆蓋劑）降低熔點(diǎn)、清渣。降低熔點(diǎn)、清渣。 3NaF十A1A1F3十3Na 413.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)（3 3）NaNa鹽變質(zhì)工藝鹽變質(zhì)工藝二、共晶二、共晶SiSi相的變質(zhì)相的變質(zhì)變質(zhì)溫度：變質(zhì)溫度： 740-760740-760 C C變質(zhì)劑加入量：變質(zhì)劑加入量：變質(zhì)劑用量應(yīng)占鋁液重量的變質(zhì)劑用量應(yīng)占鋁液重量的1 133 。 操作要點(diǎn)：操作要點(diǎn)：靜置靜置(1215)min(1215)min、結(jié)殼；壓鹽、攪拌、結(jié)殼；壓鹽、攪拌(12)(12)minmin使其混合；然后在使其混合；然后在(3040)min(3040)min內(nèi)澆完內(nèi)澆完

28、。優(yōu)點(diǎn)：變質(zhì)效果好；穩(wěn)定。優(yōu)點(diǎn)：變質(zhì)效果好；穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：易變質(zhì)衰退易變質(zhì)衰退（一般（一般40min）；腐蝕坩堝及工具；）；腐蝕坩堝及工具；環(huán)境差。環(huán)境差。42舉例：舉例：NaNa鹽變質(zhì)工藝對(duì)鹽變質(zhì)工藝對(duì)ZL101合金組織的影響合金組織的影響0.5%Na鹽鹽0.8%Na鹽鹽 1.0%Na鹽鹽 1.5%Na鹽鹽2.0%Na鹽鹽 2.5%Na鹽鹽過(guò)變質(zhì)過(guò)變質(zhì)隨著隨著Na鹽加入量的增加，共晶硅越鹽加入量的增加，共晶硅越來(lái)越細(xì)小，加入過(guò)多來(lái)越細(xì)小，加入過(guò)多Na鹽鹽易易過(guò)變質(zhì)過(guò)變質(zhì)4315min 25min 35min隨隨保溫時(shí)間保溫時(shí)間延長(zhǎng)，變質(zhì)逐漸延長(zhǎng)，變質(zhì)逐漸衰退衰退 45min 55min

29、 舉例：舉例：NaNa鹽變質(zhì)工藝對(duì)鹽變質(zhì)工藝對(duì)ZL101合金組織的影響合金組織的影響443.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)（4 4）共晶）共晶SiSi變質(zhì)機(jī)理變質(zhì)機(jī)理二、共晶二、共晶SiSi相的變質(zhì)相的變質(zhì)硅晶吸附變質(zhì)元素阻礙生長(zhǎng)理論硅晶吸附變質(zhì)元素阻礙生長(zhǎng)理論： 鈉原子不溶于鈉原子不溶于 固溶體，而呈薄膜狀，主要吸附在固溶體，而呈薄膜狀，主要吸附在SiSi晶核晶核的表面的表面，構(gòu)構(gòu)成成濃濃度起伏度起伏，形成分支，形成分支結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。抑制硅晶核心抑制硅晶核心AlPAlP生成理論生成理論： AlPAlP十十3NaNa3NaNa3 3P P十十A1A1 由于由于

30、AlPAlP被破壞，硅晶體不易析出，使合金液被破壞，硅晶體不易析出，使合金液過(guò)過(guò)冷冷，細(xì)細(xì)化共晶化共晶組織組織。當(dāng)添加少量當(dāng)添加少量SrSr時(shí)，也發(fā)現(xiàn)生成了時(shí)，也發(fā)現(xiàn)生成了SrSr3 3P P2 2化合物，中和了化合物，中和了P P生成生成AlPAlP作為硅的非自發(fā)晶核的作用。作為硅的非自發(fā)晶核的作用。 453.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)二、共晶二、共晶SiSi相的變質(zhì)相的變質(zhì)孿晶生長(zhǎng)缺陷理論孿晶生長(zhǎng)缺陷理論 沿沿面鋪開(kāi)長(zhǎng)面鋪開(kāi)長(zhǎng)成板片狀成板片狀 1.1. NaNa或或SrSr吸附在臺(tái)吸附在臺(tái)階處階處，阻礙，阻礙面生面生長(zhǎng)長(zhǎng)；2. 2. 引起原子引起原

31、子錯(cuò)錯(cuò)排，促排，促進(jìn)孿進(jìn)孿晶形成，形成晶形成，形成細(xì)細(xì)小分小分枝。枝。 (a) (a)硅的金硅的金剛剛石型晶體石型晶體 (b)(b)硅晶體的硅晶體的孿孿晶缺陷及晶體沿晶缺陷及晶體沿孿孿晶臺(tái)晶臺(tái)階階生生長(zhǎng)長(zhǎng) 463.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)三、初晶三、初晶SiSi相的細(xì)化相的細(xì)化未細(xì)化處理的過(guò)共晶未細(xì)化處理的過(guò)共晶A390A390鋁合金鋁合金塊狀初晶塊狀初晶SiSi -Al與共晶Si初晶Si473.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)三、初晶三、初晶SiSi相的細(xì)化相的細(xì)化未細(xì)化處理的過(guò)共晶未細(xì)化處理的過(guò)共晶A390A3

32、90鋁合金鋁合金的塊狀初晶的塊狀初晶SiSi 采用采用P P變質(zhì)的變質(zhì)的Al-20%SiAl-20%Si合金的合金的顯微組織顯微組織 磷磷細(xì)細(xì)化化處處理：理：P P加入量：加入量：0.04%0.08%0.04%0.08%483.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)三、初晶三、初晶SiSi相的細(xì)化相的細(xì)化過(guò)過(guò)共晶共晶Al-SiAl-Si合金的合金的應(yīng)應(yīng)用用領(lǐng)領(lǐng)域：域： 汽車(chē)、摩托車(chē)、家電、高速列車(chē)、工程機(jī)械等。汽車(chē)、摩托車(chē)、家電、高速列車(chē)、工程機(jī)械等?？照{(diào)壓縮機(jī)斜盤(pán)空調(diào)壓縮機(jī)斜盤(pán)活塞活塞缸體缸體493.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金

33、的變質(zhì)三、初晶三、初晶SiSi相的細(xì)化相的細(xì)化合金代號(hào)號(hào)國(guó)國(guó)別別合金元素（wt%）SiCuMgMnFeNiTi其它它A390美16184.50.450.650.10.50.1A393美22.00.91.02.31.3KS281德19211.31.71.31.70.40.60.70.81.30.2Zn: 0.2KS282德24260.81.30.81.30.20.70.81.3Co:0.30.5AK21俄20221.41.80.40.80.60.80.71.41.6LM29英22250.91.30.81.30.60.70.81.30.2Cr: 0.6AC9A日22240.51.50.51.50.

34、10.80.51.50.2Zn: 0.5AS-20U法18221.03.00.10.10.751.50.2Zn: 0.2Al-18Si中181.31.50.30.50.40.60.776-1中18221.52.00.11.00.350.450.35RE: 11.5國(guó)內(nèi)外過(guò)共晶國(guó)內(nèi)外過(guò)共晶Al-SiAl-Si合金代號(hào)及成分表合金代號(hào)及成分表503.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)三、初晶三、初晶SiSi相的細(xì)化相的細(xì)化P P細(xì)細(xì)化（化（變質(zhì)變質(zhì)）的作用機(jī)理：）的作用機(jī)理： 與鋁形成與鋁形成AlPAlP化合物?；衔铩lPAlP的晶格常數(shù)的晶格常數(shù)a=0.54

35、51nma=0.5451nm，而，而S Si i的晶格常數(shù)為的晶格常數(shù)為a=0.5428nma=0.5428nm。AlPAlP可以起到可以起到SiSi相的相的異質(zhì)核心異質(zhì)核心的作用，由于晶核數(shù)目增加而使初晶硅細(xì)化。的作用，由于晶核數(shù)目增加而使初晶硅細(xì)化。 可將初晶可將初晶SiSi從大于從大于100100 mm細(xì)化到細(xì)化到2525 m 50m 50 mm。 但但P P對(duì)共晶硅沒(méi)有變質(zhì)作用。對(duì)共晶硅沒(méi)有變質(zhì)作用。 本課題組的成果之一本課題組的成果之一（下圖為面掃描成分分析）（下圖為面掃描成分分析）Al-SiAl-Si合金中初晶合金中初晶SiSi以以AlPAlP為核心為核心513.1.3 3.1.3

36、 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)三、初晶三、初晶SiSi相的細(xì)化相的細(xì)化 P P細(xì)細(xì)化化處處理工理工藝藝加入量：加入量： P P加入量加入量0.04%0.1%0.04%0.1%； （殘殘留量很少，留量很少，0.005%0.005%左右）左右）加入方式：加入方式： Cu-PCu-P（8%14%8%14%）中）中間間合金；合金； Al-PAl-P（或（或Al-AlP)Al-AlP)中中間間合金。合金。加入加入溫溫度：度：一般高于合金液相線一般高于合金液相線120-150120-150 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 變質(zhì)變質(zhì)效果好；作用效果好；作用時(shí)間長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)（長(zhǎng)長(zhǎng)效效變質(zhì)劑變質(zhì)劑）523.1.3

37、 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)三、初晶三、初晶SiSi相的細(xì)化相的細(xì)化本本課題組課題組完成的完成的國(guó)國(guó)家家863863計(jì)劃項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目成果：目成果：（1）設(shè)計(jì)、研制出新型耐熱低膨脹高硅鋁合金及其制備方法）設(shè)計(jì)、研制出新型耐熱低膨脹高硅鋁合金及其制備方法 鋁硅銅鎳鎂稀土鋁合金：鋁硅銅鎳鎂稀土鋁合金：Al-20Si-2Cu-1Ni-0.4Mg-0.6Re 主要特色：主要特色： （1）加入稀土）加入稀土Re提高高溫性能，同時(shí)細(xì)化共晶提高高溫性能，同時(shí)細(xì)化共晶Si。 （2）PRe復(fù)合變質(zhì)。復(fù)合變質(zhì)。 （3）綜合考慮了）綜合考慮了Cu、Ni、Mg的平衡作用。的平衡作用。50

38、m(a)50m(b) (a) P變質(zhì)變質(zhì); (b) P-RE 變質(zhì)變質(zhì)不同變質(zhì)劑處理的含不同變質(zhì)劑處理的含0.4%Mg高硅鋁合金鑄態(tài)金相組織高硅鋁合金鑄態(tài)金相組織533.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)三、初晶三、初晶SiSi相的細(xì)化相的細(xì)化50m(a)50m(c)50m(b)高硅鋁合金高硅鋁合金T6熱處理組織熱處理組織 (a) 0%Mg; (b) 0.4%Mg; (c) 0.8%Mg 53Mg含量對(duì)合金抗拉強(qiáng)度的影響（含量對(duì)合金抗拉強(qiáng)度的影響（P+Re復(fù)合變質(zhì)）復(fù)合變質(zhì)）（未超聲處理，非半固態(tài)成形）（未超聲處理，非半固態(tài)成形） 543.1.3 3.1.3 鑄造鑄造Al-SiAl-Si合金的變質(zhì)合金的變質(zhì)三、初晶三、初晶SiSi相的細(xì)化相的細(xì)化 300 C的高溫強(qiáng)度及熱膨脹系數(shù)測(cè)定結(jié)果的高溫強(qiáng)度及熱膨脹系數(shù)測(cè)定結(jié)果試樣代號(hào)試樣代號(hào)300 C的高溫強(qiáng)度的高溫強(qiáng)度(MPa)26