新型铝硅材料实验方法及过程

1、新型铝硅材料实验方法及过程本课题实验听用钳锭.耕吐.混合柿七(RE)的化学成分分别如表21.表2久表23所乐.豪21童熔用ISttlt学戒仆戒分AlSiFeCuMgCflwt%99.74(501020.13500010.0039017&2.2裕忙化7成廿成分SiFeAlCaA却比99.470.220.24.07我2.3Ht-fr叙RE)成分成分FeLtiCeFrNdSinn'.wt%0.536074903510<0.3>99.02,2实验设备及方法1实验用横具设计根据據定的实验汁划要求，设计了木课题实验的专用铸造模具.图21为加工制造装配完整后的模具愿片.图22为由

2、图U所示模具传造出来的铸件示童圈山图2J听示的模具结构可以看出.童腔两端尺寸差别较大.由小鴻至大端型腔喷向尺寸呈连续变化趟协匚模具壁厚的淳异，便符液态合金滤注至型盟后f铸件的冷却速厘随模具位置逐渐变化、即W#宙大竭到小瑞冷却速度呆I:升趋势"铸件不同的部位具有不同的冷却速度.一扶浇注操作、鰹可得到不圖冷却速度的试样组织"大大探A了实验的效率另外，在选择模具材料时.考虑到顒跚和黄铜材料导热系Sfc的爰异.本课题分别用黄铜和紫铜两种材料加工制造成两个结构完全相同的模具.这样.在插来的结构设计彫响冷却速度的基础I*乂增加了夥响冷却罐度的另_个物理養数一一导热系数.毎轮实柴均snj

3、ntr设计的两个模具來完成浇铸.从血获側芬給、事条列的铸件试样并根据拟定的实验讣划进-步处理实验数据，测定、分析并进行相关分析研究.混合RE中间合金的制备由于稀土兀索化学活性比较强.仅次F喊金属和碱土金屈，比其他金屈兀索都活泼冋.所以.为防止K在熔化过程中披轨化而4成稳定的化合物.进而影响其变质效果.本课题按照铝锭和混合稀土质虽百分比为91来配制炉料,在堆竭电阻炉中熔化.搅拌，静置,浇铸制成A1-1O%RE中间合金,在以后的毎轮实验中均以中间合金的形式添加RE來控制All2S1中RE的倉吊o合金的制备为了研究混合RE矗加吐对变质效果的彤响我们熔制了五种混合RE伶址（00.5%,1.0%,1.5

4、%.2.0%）的A112Si合金。制备每组A112Si合金试样之前.首先进行炉料的组分配制.保证毎组实验铝与硅的质St百分比均为S3%：12%,只改变炉料总体中混合RE的含虽。按照课题拟定计划中鋅组分的质&Q分比计算并配置好所何炉料之后.将熔化炉料所用的石SW竭涂刷涂料,预热至300-C并保温12个小时然麻将所配置的炉料放入堆堰内继续保温.预热3小时以上后送电熔化.熔化时设定熔化温度为800*C,并在炉料表面撒上-层熔炼精炼剂（这里选用质区比为1:1的NaCl和KCI作为粘炼剂）。待炉料全部熔化完毕.静置保温15分钟后，扒渣处理，准并、注。此时将熔化炉温度值设置为700-C,即浇注温度

5、.于动将合金熔体快速浇入至询ini所述的IT制铜制模具熨腔中（金属型模具预热温度为200-C）.在该模JI中冷却大约2秒钟后开启模具并取出铸件.然后按照实验拟定方案对铸件进行冷却。首先以“空冷”、“水冷”的冷却方式分别获得两组不同冷却速度卜的铸件.最后再将浇注至金属燮后的液态A1-S1合金连同模八起迅速放入水中急冷，从而获得第三组冷却速度卜的铸件。熔化每组不同配比的炉料,均采用黄铜和紫铜两个模具进行浇注.采用每个模具浇注后.分别釆用三种不同的冷却方式得到三组铸件.这样,采用黄铜和紫嗣两个模具铸造共得到六组铸件。试样制备及方法毎轮实验所砂的六组铸件，均先进行切割处理，为了尽虽避免铸件上衷血与空气

6、的应接接触以及铸件卜表面与模八熨腔底部Fi接接触而产生的“急冷”现線.本课题采用如图2.2所示的试样切割方法.即从铸件的中间部位切开,取其的卜半部分并切割为图2.2«|'所示的A,B.C三部分作为研究对彖。然后用饿样机将毎个切割好的试样进行镶嵌制成金相试样,镶嵌完成后.在M柱形金相试样的柱面上打制标记以做区分,防止各试样之间的混淆。符号“H”、“Z”表示“黄铜”、“紫嗣”模貝浇铸成型的铸件，“K”、“S”、“M”分别表示三种冷却方式,即“空”冷、“水"冷、连同“模貝”一起水冷。Z后.用粒度型号不同的砂纸对金相试样一一进行于工打烧，虽后用抛光机对其进行机械抛光。经过这

7、些金相试样制备工序后，为了保证金相救片中具仃清晰的晶界，易于后续的金相组织照片的观察、处理和数字化表达分析等.用质量分数为5%的氢氧化钠溶液時所观察的金相试样农面进行腐浊处理，然后分别经过蒸懈冲洗T乙醉洗涤(时间越久越好)T真空烘T超声洗涤T貞.空烘干等一系列操作后.制成可进行最终分析用的金相试样.彻底烘干是为了防止后续实验中用扫描电镜分析仪(SEM)分析时，金相试样内部遗存溶液裁汽的挥发|fu对打描电镜造成不必要的河染和损坏.综上所述，试样制备的主要流程包括:试样的切割、粗鹰、精磨、机械抛光、裁懈水洗涤、洒耕洗涤、貞空烘F、超声沽洗、貞空燥.金相组织照片的荻取试样制备结束后，用带仃图像分析功

8、能的H>D-1000TMC型显微锁度测试仪If!摄每组金相试样的组织曲片这些照片将在后续的竟节中仃选抒地列出，并分析金相组织照片中Si相形貌特点随RE含址的变化而表现出的分布规律。2.2.6硬度实验采用些号')HBE-3000A的布氏锁度仪打制A112S1合金试样的布氏硬度压痕.测试力设置为125kgf.选定硬质钢球直径为5mm保压时间设世为15秒。打制好压痕Jn用光学显微傥测51斥痕II径的大小然后利用公式(21)汁»得岀每个斥痕直径所对应的布氏段度值。采用HXD-1000TMC显微硬度测试仪测试金相试样的微观硬度.测试时负荷选定为O.Olkgf,保压时何设置为10秒

9、，测试完成庙血接读出维氏硬度的值。HBW=0102x，(2.1)pD'(l-yll-d-/D2)2.2 7扫描电镜(SEM)测试分析和能谱分析将测试过硬度压痕的试样去掉镶嵌材料后，用锂刀锂掉压痕.锂平表而,再经过砂纸打烧，机械抛光，腐蚀，洗涤，貞空烘等步骤Z后,做SEM测试分析,并柏摄出100倍,200倍.400倍.800倍,1600倍,3000fS等視场下的金相组织照片。利用“线”扫描或“点”扫描做出金相试样的能谱分析图.方伸后续实舫结果的分析研究.2.3研究过程相图是研究合金凝固过程中各种析出相的重要依据阴.为了研究的方便,本课題拟采用对A112S1合金中所涉及的组元进行分析.然后

10、结合合金的实际成分和温度,分析铸造A112S1合金中各种可能相的组成和结构特点,用数字化表达的方法分析研究冷却速度对其凝固组织形态和分布的莎响O铝硅工业合金中一股含右Mg,Cu,Fe等元素。其中，介金的强化相主要仃Cu,Mg,Si等，在加入这些元索后，其热力学条件会发生变化.凝周过程中，齐种析出相也将随Z改变，通过分析各种物相来分析对Al-Si金性能特点的形响。2.3 1冷却速度对AI12Si合金金相组织形态的影响不同的动力学条件卜.各种相的析出形态、大小、分布对合金的性能仃逅要的形响，利用前文所述的可以反映模具壁厚不同的模具结构,并模拟等轴晶形成条件，在水冷、空冷、模水冷三种冷却速度条件卜进

11、行凝固冷却.并且按所拟定的切割方法制备试样，进行相关研究。炉冷条件卜A1-S1系列合金易呈现出树枝品组织，所以该课题重点研究空冷、水冷、模水冷条件卞的组织特点。另外，对金相组纽进行分析时，由于一些传统的分析方法具有很强的上观性，讨论分析结果往往因人而异,即同样的组织分布分析结果会因观察占的不同而相差庚远，这对分析结果的乞观准确性未免产生一定的影响。为此，木论文拟用数7化农达的方法來取代传统的研究方法，以减小分析结果的上观性误菱，堆强务观性。在相同的实验条件卜，数7化表达方法反映出的实验结果也是一样的.具有较强的客观准确性,这在一定程度上可以进一步提髙理论研究的榕确水平.2.3.2冷却速度对Al

12、12Si合金强度的影响通过检测每组实验所制备试样的力学物理性能.分析不同金相组织特征对试样的力学物理性能的影响，总结艸通条件卜改善A112S1合金組织形态分布的方法.及其可行的强化措施。锁度值与强度值在很大桎度卜是一一对W的，所以为了研究方便，木论文采用布氏硬度测试仪打制毎轮实验所紂试样的布氏唤度丿k痕，通过公式(22)讣剤E痕平均直径,把不同冷却速度的试样压痕平均直径代入公式(2.1).计算出各金相试样对应的布氏硬度值，并且测定合金金相试样的微观硬度值。通过对比分析，进而总结冷却速度对A112S1合金性能的形响.5=0胆(2.2)变质处理对AH2Si合金金相组织形态以及性能的影响用不同含量的A1-1O%RE中何合金作为变质剂处理A112S1合金.并按照前文内容所述方法制备合金金相试样.观察分析不同动力学条件卜的变质剂对其金相组织形态和分布的影响.进一步探讨RE的变质机理.根据相关文献资料研究，预测到稀上成分不同、含星不同，变质效果都会仃差别，所以我们拟加入不同成分、不同口分含址的检土，來进行实验研究。同样.按前文内容所示方法测试试样的压痕自用，计算布氏换度值，测定微观维氏般度，并进行比较分析.进一步探讨完善变质处理对A112S1金性能的彫响，试图从理论上找到强化合金的方法，从而指导工业生产。2.4本章小结本章介绍了课题实验所用的原材料,列表说明了各原材料的化