超声熔体处理对铝硅合金组织及性能的影响

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 超声熔体处理对铝硅合金组织及性 能的影响 【摘 要】本研究对 Al-20%Si 合 金进行超声熔体处理，研究超声功率大 小和超声处理时间对熔体中初生硅和共 晶硅的影响规律，以及显微硬度的变化。 研究发现：在 720进行超声波处理， 随着超声功率的增大，初生硅的尺寸均 是先减小后增大，同时合金的显微硬度 随着初生硅晶粒尺寸的减小而增大。在 1150W 超声处理 40s 时，初生硅的尺寸 最小为 12.8955m，合金维氏显微硬度 达到最大为 91.5HV。 中国论文网 /8/view-12932425.htm 【关键词】铝硅合金；超声熔体 处理；显微结构；显微硬度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中图分类号： TG292 文献标识 码： A 文章编号： 2095- 2457（2017）35-0011-002 Effects of Supersonic Melt Treatment on Microstructure and Properties of the Al-Si Alloys QIN Xin-feng1 WANG Jian-dong2 GUO Qiao-qin3 LI Quan-Lin4 （1.Representative Office in State- owned 616 Factory， PLA， Datong Shanxihui 237011，China； 2.Xian Military Representative Office， PLA， Xian Shaanxi 710032， China； 3.School of Materials & Chemical Engineering， Xian Technological University， Xian Shaanxi 710032， China； 4.Sate-owned 616 Factory， Datong Shanxi 035000， China） 【Abstract】Effects of supersonic power and melt treat times on the -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 microstructure and microhardness of Al- 20Si alloys were investigated through supersonic melt treatment. It was found that primary silicon size was decreased with the increase of supersonic powers at 720. Meanwhile， the microhardness was increased with the decrease of primary silicon size. The minimm size of primary silicon was 12.8955 m and the maxim microhardness of Al-20Si alloy was 91.5Hv when the supersonic power was 1150 W and the melt treat times were 40 seconds. 【Key words】Al-Si Alloy；Supersonic Melt Treatment；Microstructure；Microhardne ss 0 前言 Al-Si 合金为典型的二元共晶组 织，共晶c 为 12.6%，共晶温度为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 577。室温下只有 （Al）和 （Si） 两种相，（Al）相是 Si 溶于 Al 的固 溶体，其性能和纯铝相似，Si 的最大溶 解度是 1.65%，室温时只有 0.05%； （Si ）相是 Al 溶于 Si 的固溶 体，性能和纯硅相似。共晶成分在 Si12.6%处，亚共晶合金组织由 （Al） +共晶体（+ ）所组成，过共晶合金的 组织由 （Si）+ 共晶体（+）所组成 1-3。当 Si 含量在 1.65%-12.6%之间时， 结晶过程中先析出 相，到 577时， 析出（a+ ）共晶体。通常把共晶体 1 中的 相称为共晶 Si，它在铸态下，若 不经变质处理，呈粗大的片状；共晶和 过共晶成分的合金组织中出现的初晶 相称为初晶 Si，它在铸态下，若不经变 质处理，呈粗大的多角形块状或板状4- 5。粗大的块状初生 Si 严重影响 Al-Si 合金的力学性能，特别是疲劳性能6-7。 通过对合金成分、冷却速度、凝 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 固时加外场作用等因素的调节可控制初 生相的形貌、尺寸3-8。超声波是频率 高于 20000 Hz 的声波，它具有穿透能 力强、方向性好、易于集中等优点4-8。 超声波在液体中传播时，与介质之间发 生相互作用，使介质内部产生相应的变 化，从而产生一系列物理和化学等方面 的的变化，称之为超声效应。超声波搅 拌法是一种新型的金属半固态制备方法， 超声能量的大小及作用时间将对共晶合 金初生相的析出产生重要影响。 因此，本研究在 Al-20%Si 合金 熔体中施加超声场，研究超声场的功率 大小及作用时间对 Al-20Si 初生相的析 出行为影响，及其显微硬度的影响。 1 实验方法 试验合金以 20%Si 质量配比，在 高频坩埚炉中进行熔炼 Al-20Si 合金， 采用磷盐进行变质，C2Cl6 进行除气。 在 720条件下，分别在 900 W、1200 W 和 1500 W 超声功率下进行超声熔体 处理 40S、60S、80S 后，浇铸成 30 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 mm 的圆棒。采用光学金相显微镜观察 合金显微组织，用 402MVDTM 数显维 氏显微硬度计测量合金的显微硬度，采 用 200gf 载荷，保载 10 秒。并通过连 续的金相照片统计分析初生硅的尺寸， 使用 Image-Pro Plus 软件测量其面积， 并求平均值及单个初生硅的平均直径尺 寸 d。 d=2 2 结果与分析 2.1 超声处理对铝硅合金组织的 影响 未经超声熔体处理的 Al-20Si 合 金凝固组织如图 1 所示。可以看出，初 生硅成大片的板块状且分布较为集中不 均匀，树枝状的共晶硅粗大且分布混乱。 超声功率为 900W 时不同处理 时间下的金相组织如图 2 所示。可以明 显看出经过 900W 功率下超声处理的组 织初生硅得到细化，块状初生硅尖角钝 化，圆整程度逐渐增加，尺寸统一变小， 且分布的更加均匀，树枝状的共晶硅组 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 织也有碎化的现象。 超声功率为 1200W 时不同处理 时间下的金相组织如图 3 所示。可以明 显看出经过 1200W 功率下超声处理的 组织初生硅得到细化，块状初生硅尖角 钝化，圆整程度逐渐增加。图（a）中 初生硅较少且尺寸，相比图（b）和图 （c）也是最小的，图（ b）和图（c ） 中初生硅的尺寸大小相差不明显，而且 60s 时初生硅的晶粒个数较多，80s 时初 生硅变得稀少，所以仅凭宏观的观察还 未能发现规律，故还需进行客观的数据 分析。 超声功率为 1500W 时不同处理 时间下的金相组织如图 4 所示。可以明 显看出经过 1500W 功率下超声处理的 组织初生硅得到细化，块状初生硅尖角 钝化，圆整程度逐渐增加。图 4 试样的 金相照片中初生硅的尺寸同图 3 和图 2 相比，明显均有所增大。可能是超声功 率过大，溶液内能增大，在凝固时被打 碎的枝晶又重新组合，所以初生硅的尺 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 寸有所增大。观察图（a ）可以发现， 大块状的初生硅刚被打碎，正随着超声 振动向周围散开，但是由图（c）可以 看到初生硅尺寸增大，可能是处理时间 过长，溶液凝固时的结晶潜热过大，导 致初生硅的增大。 图 5 为不同超声功率不同处理时 间下的 Al-Si 合金初生硅尺寸比较。在 相同超声处理时间下，随着超声功率的 增大，初生硅的尺寸均是先减小后增大， 在 1200W 左右达到最小值，其中超声 处理 40s 时的初生硅平均尺寸最小为 12.8955m，未经超声处理的 Al-20Si 凝 固组织初生 Si 尺寸约 30m，相比之下 超声熔体处理对初生 Si 的细化效果明 显 。在相同超声功率处理下，处理时 间为 40s，整体初生硅的平均尺寸最小， 1200W 时，初生硅的尺寸在超声处理 40s 时的最小为 12.8955m。60s 时的初 生硅平均尺寸为 14.90613m，比 40s 时 初生硅的尺寸增大了 15.6%，从 60s 到 80s 时，尺寸增大不明显，仅增大了 1.7%。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 随着超声处理时间的增大，初生硅的尺 寸先增大后慢慢趋于稳定，超声振动处 理时间较短时， 熔体内部的晶核形成 还不充分， 振动搅拌作用还没有把二 次及三次枝晶破碎得更为细小， 因此 获得的等轴晶区域较小。如果超声波振 动处理的时间太长， 则产生发热效应， 导致金属液温度上升， 使原来已经被 细化了的枝晶再次重熔， 结果铸锭的 结晶组织粗化， 等轴晶区域减少。 2.2 超声处理对铝硅合金性能的 影响 图 6 为不同超声功率不同处理时 间下的 Al-Si 合金显微硬度比较。可以 发现，熔体处理时间一定的情况下，随 着超声功率的增大，组织整体的硬度值 先增大后减小，在超声功率为 1200W，Al-20Si 合金出现最大峰值。 从 1200W 到 1500W 之间硬度值之所以 减小是由于功率过大导致溶液内能增大， 组织在凝固过程中细小的枝晶重新组合 促使初生硅尺寸增大，甚至在其尖锐的 -