合金材料及熔炼1

1、合金材料及熔炼合金材料及熔炼 有色合金部分有色合金部分1华中科技大学材料学院华中科技大学材料学院材料成形及控制工程专业课程铸造合金原理及熔炼教案 吕书林吕书林21 1、有色合金概论、有色合金概论有色合金或有色合金或非铁合金非铁合金 铝合金铝合金 铜合金铜合金 镁合金镁合金铸造钛合金铸造钛合金 锌合金锌合金 钛合金钛合金按加工方法分类：铸造铝合金、变形铝合金，等。按密度大小分类：轻有色合金：铝、镁、钛 重有色合金：铜、锌、镍、钴、锡、金等 镁镁合金合金 钛钛合金合金31 1、有色合金概论、有色合金概论轿车上的铸件轿车上的铸件很多是铝铸件或正在改为铝、镁铸件很多是铝铸件或正在改为铝、镁铸件41 1

2、、有色合金概论、有色合金概论铸铸造造铝铝合金合金进气进气歧管歧管51 1、有色合金概论、有色合金概论压铸铝压铸铝合金合金液液压阀压阀体体61 1、有色合金概论、有色合金概论铝铝合金合金锻锻件件71 1、有色合金概论、有色合金概论铸铸造造铝铝合金合金发动发动机缸体机缸体8车门车门仪表板仪表板缸体盖板缸体盖板进气管进气管1 1、有色合金概论、有色合金概论镁镁合合金金的的应应用用举举例例91 1、有色合金概论、有色合金概论铸铸造造镁镁合合金金的的应应用用举举例例10压铸镁压铸镁合金的合金的应应用用举举例例1 1、有色合金概论、有色合金概论111 1、有色合金概论、有色合金概论分类分类合金名称合金名称

3、合金系合金系牌号举例牌号举例性能特点性能特点主要用途主要用途不能热处理不能热处理强化铝合金强化铝合金防锈铝Al-Mg5A05，5052抗蚀性、压力加工性好，但强度较低。用于焊接在液体中工作的容器和构件，如油箱、液体导管，或装饰件等。Al-Mn3A21；3003可热处理强可热处理强化铝合金化铝合金硬铝Al-Cu-Mg2A11, 2A12，2014力学性能高。中等强度或高负荷零件，如叶片、螺栓等。超硬铝Al-Zn-Mg-Cu7A04,7A 097075室温强度最高。 高载荷零件，如飞机大梁、加强框等。锻铝Al-Mg-Si-Cu2A14, 2A50，6A02锻造性能和耐热性好。适于形状复杂、中等强度

4、锻件和冲压件，如风扇叶轮、活塞等。Al-Cu-Mg-Fe-Ni 2A70, 2A80 表表 变变形形铝铝合金分合金分类类、性能特点及用途、性能特点及用途变变形合金！形合金！121 1、有色合金概论、有色合金概论变变形形铝铝合合金金的的典典型型应应用用各各种种建材建材工工业铝业铝型材型材高速列高速列车铝车铝合金合金车车体体全全铝铝合金合金轿车轿车架架131 1、有色合金概论、有色合金概论国内铝、镁、钛合金材料应用简况：国内铝、镁、钛合金材料应用简况： 部分零部件的制造水平达到国际水平部分零部件的制造水平达到国际水平 铝、镁、钛合金的使用量有待提高铝、镁、钛合金的使用量有待提高 铝、镁、钛合金零件

5、的制造技术需要进一铝、镁、钛合金零件的制造技术需要进一步开发步开发141 1、有色合金概论、有色合金概论本本课课程程学习学习的目的：的目的：（1 1）掌握几种主要材料的化学）掌握几种主要材料的化学组成、组织及性能组成、组织及性能；（2 2）掌握几种合金的合金化原理及方法；）掌握几种合金的合金化原理及方法；（3 3）掌握几种合金的熔炼、精炼、变质处理的原）掌握几种合金的熔炼、精炼、变质处理的原 理及方法；理及方法；（4 4）了解合金材料的标准及用途。）了解合金材料的标准及用途。151 1、有色合金概论、有色合金概论本本课课程程学习学习的主要的主要内内容：容：（1 1）铝铝合金合金重点重点内内容；

6、容；（2 2）铜铜合金；合金；（3 3）镁镁合金；合金；（4 4）锌锌合金（了解）；合金（了解）；（5 5）合金熔）合金熔炼炼原理及方法。原理及方法。161 1、有色合金概论、有色合金概论本本课课程程学习学习的要求：的要求：（1）听课（作笔记）听课（作笔记）（2）习题（或思考题）习题（或思考题）（3）考试（考查）考试（考查）（4）对教材、内容提出意见和建议）对教材、内容提出意见和建议参考教材：蔡启舟，吴树森编，参考教材：蔡启舟，吴树森编，铸造合金原铸造合金原理及熔炼理及熔炼，化学工业出版社，化学工业出版社，2010年年173.1 3.1 铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金 铝硅合金（铝硅

7、合金（Al-Si) 铝铜合金（铝铜合金（Al-Cu) 铝锌合金（铝锌合金（Al-Zn) 铝镁合金（铝镁合金（Al-Mg)183.1.1 3.1.1 铸造铝硅合金铸造铝硅合金Al-SiAl-Si合金的二元相合金的二元相图图 0.10.05室温溶解度室温溶解度（20 C）580 C1.65极限溶解度极限溶解度(一定温度下一定温度下)Si元素名称元素名称Si在Al中的溶解度亚共晶亚共晶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%过共晶过共晶Al-SiAl-Si合金：合金：SiSi13%13%共晶反应：共晶反应：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 铸造铝硅合金铸造铝硅合金未变质的共晶Al-Si合金组织 未变质的过共晶Al-Si合金的块状初晶Si 203.1.1 3.1.1 铸造铝硅合金铸造铝硅合金(2) Si(2) Si含量含量对对Al-SiAl-Si合金性能的影合金性能的影响响 a. a. 物理、化学性能物理、化学性能 纯纯SiSi的的显显微硬度微硬度为为HVl000HVl0001300 1300 ； 7.67.610106 6/K/K 213.1.1 3.1.1 铸造铝硅合金铸造铝硅合金b. b. 力学性能力学性能

9、 SiSi含量含量对对Al-SiAl-Si合金力合金力学学性能的影性能的影响响 (2) Si(2) Si含量含量对对性能的影性能的影响响 注意：注意：Al-SiAl-Si合金强度的合金强度的绝绝 对值对值（二元合金）；（二元合金）； 纯纯AlAl的强度的强度值值。223.1.1 3.1.1 铸造铝硅合金铸造铝硅合金C. C. 铸造性能铸造性能 重点掌握：流重点掌握：流动动性；收性；收缩缩性性d. d. 加工性能加工性能 一般很好！一般很好！过过共晶初晶共晶初晶SiSi硬度大！硬度大！233.1.2 3.1.2 提高铸造提高铸造Al-SiAl-Si合金性能的途径合金性能的途径生生产产中中仅仅采用

10、二元的采用二元的Al-SiAl-Si合金很少，只有一合金很少，只有一个个牌牌号号！表表3.1 3.1 铸造铝硅合金的牌号和化学成分铸造铝硅合金的牌号和化学成分 ( (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主要元素重量百分数主要元素重量百分数(%(%)合金代号合金代号合金牌号合金牌号243.1.2 3.1.2 提高铸造提高铸造Al-SiAl-Si合金性能的途径合金性能的途径3 3个措施：个措施：合金化；变质或细化处理；热处理合金化；变质或细化处理；热处理 一、固溶强化一、固溶强化（合金化效果之一）：通过合金元素固溶于铝基体中，使晶格发通过合金元素固溶于铝基体中，使晶格发生畸变，从而

13、使塑性变形的抗力增加，合金强度和硬度提生畸变，从而使塑性变形的抗力增加，合金强度和硬度提高的过程叫做固溶强化高的过程叫做固溶强化。金属学原理：溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大，溶质金属学原理：溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大，溶质原子的溶入量越多，晶格畸变也越大，固溶强化的效果原子的溶入量越多，晶格畸变也越大，固溶强化的效果也越好。也越好。例如：例如：AlAl基体中加固溶度大的基体中加固溶度大的MgMg、CuCu等。等。 多元少量原多元少量原则则。 253.1.2 3.1.2 提高铸造提高铸造Al-SiAl-Si合金性能的途径合金性能的途径例：例：AlAl基体中加基体中加CuCu图图 固溶固溶Cu

14、Cu原子与位错的相互作用原子与位错的相互作用 溶溶质质原子吸附于位原子吸附于位错错周周围围，形成，形成“ “气团气团” ”，起到，起到“ “钉钉扎扎” ”作用。作用。（位（位错带错带着着“ “气团气团” ”运动运动需施加更大外力）需施加更大外力）263.1.2 3.1.2 提高铸造提高铸造Al-SiAl-Si合金性能的途径合金性能的途径二、时效强化二、时效强化（合金化（合金化+ +热处理）热处理）时效处理，又称时效处理，又称。指在固溶度随温度降低而减少的合金系中，指在固溶度随温度降低而减少的合金系中，当合金元素含量超过一定限量后，淬火可获得过饱和固溶当合金元素含量超过一定限量后，淬火可获得过饱

15、和固溶体。在较低的温度加热体。在较低的温度加热( (即时效即时效) )，过饱和固溶体将发生分，过饱和固溶体将发生分解并析出解并析出弥散相弥散相，引起合金强度、硬度升高而塑性下降的，引起合金强度、硬度升高而塑性下降的过程。它也被称为过程。它也被称为沉淀强化沉淀强化。 人工时效：按加热温度的高低分：人工时效：按加热温度的高低分： 不完全人工时效：不完全人工时效：150-170150-170 C C； 较高强度、良好塑性较高强度、良好塑性； 完全人工时效：完全人工时效： 175-185175-185 C C； 高强度、低塑性；高强度、低塑性； 过时效过时效： 190-230190-230 C C；

16、较高强度，良好塑性、抗蚀性。较高强度，良好塑性、抗蚀性。273.1.2 3.1.2 提高铸造提高铸造Al-SiAl-Si合金性能的途径合金性能的途径举举例：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%），），时效析出时效析出MgMg2 2SiSi强化相强化相。MgMg含量含量对对高硅高硅铝铝合金合金热处热处理前后抗拉强度的影理前后抗拉强度的影响响 （Al-20%Si-2Cu-1Ni-0.6RE Al-20%Si-2Cu-1Ni-0.6RE ）注意注意两个问题两个问题：铸态铸态T6T6态态283.1.2 3.1.2 提高铸造提高铸造Al-

17、SiAl-Si合金性能的途径合金性能的途径三、过剩相强化三、过剩相强化（合金化效果之一）（合金化效果之一）：加入加入过量过量的的合金元素合金元素时，一部分溶入固溶时，一部分溶入固溶体，而超过极限溶解度的部分则不能溶入，形成过剩的体，而超过极限溶解度的部分则不能溶入，形成过剩的第第二相二相，较硬的第二相可阻碍基体的变形，从而使合金强化。，较硬的第二相可阻碍基体的变形，从而使合金强化。 例如铝硅合金中的硅相。例如铝硅合金中的硅相。 过剩相强化效果与其特性、过剩相强化效果与其特性、形态、形态、数量、数量、大小大小、分布有关。、分布有关。293.1.2 3.1.2 提高铸造提高铸造Al-SiAl-Si

18、合金性能的途径合金性能的途径四、组织细化四、组织细化提高性能原理？提高性能原理？1 1、基体的细化：、基体的细化： -Al-Al2 2、过剩相的细化：、过剩相的细化：如如SiSi相得细化相得细化3 3、有害相得细化：、有害相得细化：如杂质铁的粗大针状如杂质铁的粗大针状 相相(A1(A15 5FeSi)FeSi) （后面会详细的讨论！后面会详细的讨论！）dkS0Hall-Patch公式：公式：s：屈服强度；：屈服强度；0：单晶体屈服强度：单晶体屈服强度d：晶粒直径。：晶粒直径。303.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质包括包括初晶初晶-Al-Al固溶体固溶体、共

19、晶共晶SiSi以及以及初晶初晶SiSi三个部分的变质或细化三个部分的变质或细化。对于共晶对于共晶SiSi，通常采用的是，通常采用的是变质变质处理工艺，而对初晶处理工艺，而对初晶-Al-Al固溶体固溶体及初晶及初晶SiSi，通常采用的是，通常采用的是细化细化处理工艺。处理工艺。 -Al与共晶Si初晶Si31变质变质（Modification)Modification)指通过添加少量元素指通过添加少量元素改变改变凝固凝固过程中过程中晶体的生长形态晶体的生长形态获得较理想的微观组织的工艺方获得较理想的微观组织的工艺方法，达到提高铸件或铸锭性能的目的。法，达到提高铸件或铸锭性能的目的。 细细化（化（R

20、efinement)Refinement)指通过增加指通过增加晶核数量晶核数量来实现晶粒来实现晶粒细小化的工艺方法，以获得组织细小的、性能高的铸件细小化的工艺方法，以获得组织细小的、性能高的铸件或铸锭。或铸锭。 “细化细化”与与“变质变质” ，有些场合的传统习惯称呼未严，有些场合的传统习惯称呼未严格区分。格区分。 3.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质323.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质一、初生一、初生-Al-Al相的细化相的细化针对亚针对亚共晶共晶Al-SiAl-Si合金！合金！初生-Al初晶Si333.1.3 3.1

21、.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质 一、初生一、初生-Al相的细化相的细化措施：措施：在纯铝和铝合金熔液中加入少量在纯铝和铝合金熔液中加入少量TiTi、ZrZr、B B等元素，等元素，使使 基体的晶粒细化。基体的晶粒细化。 常用的是常用的是Al-5TiAl-5Ti，或，或Al-5Ti-1BAl-5Ti-1B中中间间合金。合金。TiAlTiAl3 3( (四方晶格四方晶格) )与铝与铝( (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，晶格常格常数数相近：相近：C CTiAl3TiAl385.7nm85.7nm，2C2CAlAl80.8nm80.8nm，相差

22、，相差仅仅5.75.7，不超不超过过1010，故，故为为非自非自发发晶晶核；核；另，包晶反另，包晶反应应：L L十十TiAlTiAl3 3，也使也使 依附在依附在TiAlTiAl3 3质质点上形核。点上形核。 Al-Ti Al-Ti状态图与铝状态图与铝中添加中添加TiTi对对晶粒晶粒数数量的影量的影响响 343.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的合金的变质变质 一、初生一、初生-Al相的细化相的细化未加未加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细化剂细化剂 典型大典型大树树枝晶枝晶晶粒晶粒显显著

23、著细细化化353.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质二、共晶二、共晶SiSi相的变质相的变质针对亚共晶及共晶合金针对亚共晶及共晶合金未变质的共晶未变质的共晶Al-SiAl-Si合金的板片状共晶硅合金的板片状共晶硅 立体的水淬组织立体的水淬组织0.05%0.05%锶变质锶变质，球粒，球粒状状共晶硅共晶硅 立体的水淬组织：珊瑚状共晶硅立体的水淬组织：珊瑚状共晶硅363.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质（1 1）措施：加入微量元素。）措施：加入微量元素。 对共晶体对共晶体(十十Si)Si)可起变质作用的元素：可起变质作用的元素：

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 中中间间合金形式加入。合金形式加入。 （2 2）加入）加入NaNa盐盐。二、共晶二、共晶SiSi相的变质相的变质373.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质（2 2）加）加SrSr变质工艺变质工艺二、共晶二、共晶SiSi相的变质相的变质变质温度：变质温度： 740-780740-780 C C变质剂加入量：变质剂加入量： (0.04(0.040.080.08)Sr

25、)Sr， （Al-10%Sr)?Al-10%Sr)? 操作要点：操作要点：加入后保温加入后保温15min才有效果；加才有效果；加Sr后再除气。后再除气。优点：优点：加加SrSr变质较简单（变质较简单（Al-10%Sr)Al-10%Sr)；环境好。；环境好。 变质效果好；保持时间长变质效果好；保持时间长长效变质剂。长效变质剂。 缺点：缩松倾向大；易吸气。缺点：缩松倾向大；易吸气。38 举例举例：Sr对对ZL104合金共晶组织的影响合金共晶组织的影响 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

26、晶硅越来越细小硅越来越细小加加入入量量的的影影响响3925min 40min90min 120minSr加入量为加入量为0.02%，随着随着保温时间保温时间延长，共晶硅变粗大延长，共晶硅变粗大保保温温时时间间的的影影响响 举例：举例：Sr对对ZL104合金共晶组织的影响合金共晶组织的影响 403.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质（3 3）NaNa盐变质工艺盐变质工艺二、共晶二、共晶SiSi相的变质相的变质Al-SiAl-Si合金常用的合金常用的钠盐变质剂钠盐变质剂成分成分 NaFNaF起变质作用，为主要成分；起变质作用，为主要成分；其他组分为助熔剂（覆盖剂）

27、其他组分为助熔剂（覆盖剂）降低熔点、清渣。降低熔点、清渣。 3NaF十A1A1F3十3Na 413.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质（3 3）NaNa盐变质工艺盐变质工艺二、共晶二、共晶SiSi相的变质相的变质变质温度：变质温度： 740-760740-760 C C变质剂加入量：变质剂加入量：变质剂用量应占铝液重量的变质剂用量应占铝液重量的1 133 。 操作要点：操作要点：静置静置(1215)min(1215)min、结壳；压盐、搅拌、结壳；压盐、搅拌(12)(12)minmin使其混合；然后在使其混合；然后在(3040)min(3040)min内浇完内

28、浇完 。优点：变质效果好；稳定。优点：变质效果好；稳定。 缺点：缺点：易变质衰退易变质衰退（一般（一般40min）；腐蚀坩埚及工具；）；腐蚀坩埚及工具；环境差。环境差。42举例：举例：NaNa盐变质工艺对盐变质工艺对ZL101合金组织的影响合金组织的影响0.5%Na盐盐0.8%Na盐盐 1.0%Na盐盐 1.5%Na盐盐2.0%Na盐盐 2.5%Na盐盐过变质过变质随着随着Na盐加入量的增加，共晶硅越盐加入量的增加，共晶硅越来越细小，加入过多来越细小，加入过多Na盐盐易易过变质过变质4315min 25min 35min随随保温时间保温时间延长，变质逐渐延长，变质逐渐衰退衰退 45min 55

29、min 举例：举例：NaNa盐变质工艺对盐变质工艺对ZL101合金组织的影响合金组织的影响443.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质（4 4）共晶）共晶SiSi变质机理变质机理二、共晶二、共晶SiSi相的变质相的变质硅晶吸附变质元素阻碍生长理论硅晶吸附变质元素阻碍生长理论： 钠原子不溶于钠原子不溶于 固溶体，而呈薄膜状，主要吸附在固溶体，而呈薄膜状，主要吸附在SiSi晶核晶核的表面的表面，构构成成浓浓度起伏度起伏，形成分支，形成分支结构结构。抑制硅晶核心抑制硅晶核心AlPAlP生成理论生成理论： AlPAlP十十3NaNa3NaNa3 3P P十十A1A1 由

30、于由于AlPAlP被破坏，硅晶体不易析出，使合金液被破坏，硅晶体不易析出，使合金液过过冷冷，细细化共晶化共晶组织组织。当添加少量当添加少量SrSr时，也发现生成了时，也发现生成了SrSr3 3P P2 2化合物，中和了化合物，中和了P P生成生成AlPAlP作为硅的非自发晶核的作用。作为硅的非自发晶核的作用。 453.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质二、共晶二、共晶SiSi相的变质相的变质孪晶生长缺陷理论孪晶生长缺陷理论 沿沿面铺开长面铺开长成板片状成板片状 NaNa或或SrSr吸附在台吸附在台阶处阶处，阻碍，阻碍面生面生长长；2. 2. 引起原子引起原子错

31、错排，促排，促进孪进孪晶形成，形成晶形成，形成细细小分小分枝。枝。 (a) (a)硅的金硅的金刚刚石型晶体石型晶体 (b)(b)硅晶体的硅晶体的孪孪晶缺陷及晶体沿晶缺陷及晶体沿孪孪晶台晶台阶阶生生长长 463.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质三、初晶三、初晶SiSi相的细化相的细化未细化处理的过共晶未细化处理的过共晶A390A390铝合金铝合金块状初晶块状初晶SiSi -Al与共晶Si初晶Si473.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质三、初晶三、初晶SiSi相的细化相的细化未细化处理的过共晶未细化处理的过共晶A390A390

32、铝合金铝合金的块状初晶的块状初晶SiSi 采用采用P P变质的变质的Al-20%SiAl-20%Si合金的合金的显微组织显微组织 磷磷细细化化处处理：理：P P加入量：加入量：0.04%0.08%0.04%0.08%483.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质三、初晶三、初晶SiSi相的细化相的细化过过共晶共晶Al-SiAl-Si合金的合金的应应用用领领域：域： 汽车、摩托车、家电、高速列车、工程机械等。汽车、摩托车、家电、高速列车、工程机械等。空调压缩机斜盘空调压缩机斜盘活塞活塞缸体缸体493.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变

33、质三、初晶三、初晶SiSi相的细化相的细化合金代号号国国别别合金元素（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22240.51.50.51.50.10

34、.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国内外过共晶国内外过共晶Al-SiAl-Si合金代号及成分表合金代号及成分表503.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质三、初晶三、初晶SiSi相的细化相的细化P P细细化（化（变质变质）的作用机理：）的作用机理： 与铝形成与铝形成AlPAlP化合物。化合物。AlPAlP的晶格常数的晶格常数a=0.5451

35、nma=0.5451nm，而，而S Si i的晶格常数为的晶格常数为a=0.5428nma=0.5428nm。AlPAlP可以起到可以起到SiSi相的相的异质核心异质核心的作用，由于晶核数目增加而使初晶硅细化。的作用，由于晶核数目增加而使初晶硅细化。 可将初晶可将初晶SiSi从大于从大于100100 mm细化到细化到2525 m 50m 50 mm。 但但P P对共晶硅没有变质作用。对共晶硅没有变质作用。 本课题组的成果之一本课题组的成果之一（下图为面扫描成分分析）（下图为面扫描成分分析）Al-SiAl-Si合金中初晶合金中初晶SiSi以以AlPAlP为核心为核心513.1.3 3.1.3 铸

36、造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质三、初晶三、初晶SiSi相的细化相的细化 P P细细化化处处理工理工艺艺加入量：加入量： P P加入量加入量0.04%0.1%0.04%0.1%； （残残留量很少，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）中间间合金；合金； Al-PAl-P（或（或Al-AlP)Al-AlP)中中间间合金。合金。加入加入温温度：度：一般高于合金液相线一般高于合金液相线120-150120-150 特点：特点： 变质变质效果好；作用效果好；作用时间长时间长（长长效效变质剂变质剂）523.1.3 3

37、.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质三、初晶三、初晶SiSi相的细化相的细化本本课题组课题组完成的完成的国国家家863863计划项计划项目成果：目成果：（1）设计、研制出新型耐热低膨胀高硅铝合金及其制备方法）设计、研制出新型耐热低膨胀高硅铝合金及其制备方法 铝硅铜镍镁稀土铝合金：铝硅铜镍镁稀土铝合金：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提高高温性能，同时细化共晶提高高温性能，同时细化共晶Si。 （2）PRe复合变质。复合变质。 （3）综合考虑了）综合考虑了Cu、Ni、Mg的平衡作用。的平衡作用。50m(

38、a)50m(b) (a) P变质变质; (b) P-RE 变质变质不同变质剂处理的含不同变质剂处理的含0.4%Mg高硅铝合金铸态金相组织高硅铝合金铸态金相组织533.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质三、初晶三、初晶SiSi相的细化相的细化50m(a)50m(c)50m(b)高硅铝合金高硅铝合金T6热处理组织热处理组织 (a) 0%Mg; (b) 0.4%Mg; (c) 0.8%Mg 53Mg含量对合金抗拉强度的影响（含量对合金抗拉强度的影响（P+Re复合变质）复合变质）（未超声处理，非半固态成形）（未超声处理，非半固态成形） 543.1.3 3.1.3 铸造铸造Al-SiAl-Si合金的变质合金的变质三、初晶三、初晶SiSi相的细化相的细化 300 C的高温强度及热膨胀系数测定结果的高温强度及热膨胀系数测定结果试样代号试样代号300 C的高温强度的高温强度(MPa)26