稀土Ce对Al_12Si合金微观组织影响
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铝硅合金比强度高 , 耐蚀性、 导热性和铸造性 能良好, 经过热处理后, 具有优良的力学性能和加工 性能 , 因而 , 被广泛应用于航空、 航天、 交通运输和机 [ 1] 械加工等部门 。但是长期以来 , 困扰和限 制铝硅 合金应用的主要问题是这类合金的脆性大, 切削加 工性差。因为过共晶铝硅合金的显微组织由粗大板 状多角形的初 生硅和粗针 状的共晶 硅所组成。目 前, 对 A l Si 合金的变质主要是通过 3 种方 式进行
[ 3]
作者简介 : 于进文 ( 1982- ) 男 , 汉族 , 在读硕士研究生。 通讯地址 : 南京航空航天大学江宁校区 150 信箱转 321 信箱 ; Email: yujinw en163@ 163. com.
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金属功能材料
2011 年
通过在 810 变质温度的 A l 中加入 0 35% Si P 中 间合金 30 min 后再加入 Si 并保温 50 min, 发现 Si P 对 Al 24Si 有很好的变质效果 ; Juan Asensio L oz ano 等人 研究发现在 Al Si 合金中加入 Al 3T i B 时可以使 Al 晶粒细化 , 初晶硅尺寸减小 , 在其中 加入 Al 10Sr 也可使晶粒细化。 ( 2) 常规铸造冷速一般低于 100
了研究 : 一是加入变质剂, 这是常见的一种细化晶粒 方式; 二是通过控制冷却速度 ; 三是高 磁场振动处 理。 ( 1) 可以使硅晶粒细化变质的元素较多。如陈 冲等人[ 2] 研究 P 和 RE 对过共晶 Al Si 合金的复合 变质作用时发现, P 对 RE 的变质效果有抑制作用, 当合金中添加 0 08% P 和 0 60% RE 时能得到最 优的微观组织和高的力学性能 ; Wu Yaping 等人
与凝固速度 R ( m m/ h) 的关系可用下式表示 : = 1 5 10- 9 即组织越细。 2 2 Ce 对快冷共晶 Al Si 合金组织的影响
R
上式表明凝固速度越大 , 共晶硅相的间距越小,
图2
不同 Ce 加入量的共晶 Al 12Si 合金晶粒尺 寸( 铸态 400 ) Eutectic Al 12Si alloy grain size in dif ferent Ce contents
第1期
于进文等 : 稀土 Ce 对 A l 12S i 合金微观组织影响
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普通铸造的共晶 Al Si 合金的硅相形态是粗大 的板片状 , 而 A l 相的晶粒粗大; 在铜模快冷得到 的共晶 Al Si 合金的硅相形态发生了明显的变化 , 粗大的板片状硅相消失, 共晶硅变得细小。 Al Si 合 金的共晶凝固组织中 硅相间距 ( 枝晶间距 ) ( mm )
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原料是 Al 21Si 合金和纯度 99 5% 的铝锭。 Ce 以 Al 10% Ce( 含 0 5% L a) 中间合 金的形式加入。首 先将纯度 99% 以上的 Al、 Al 21% Si、 A l 10% Ce 高 纯合金组元按照一定的质量百分比( 表 1) 放入磁控 钨极电弧炉中, 然后利用分子泵对磁控钨极电弧炉 抽真空至 10- 3 Pa, 再通入高纯氩气做保护气体, 熔 炼电流为 300~ 320 A, 利用电磁搅拌反复熔炼 3~ 4 次 , 确保成分均匀。利用负压将熔融合金直接吸入 循环水冷却的铜模中 , 利用水冷铜模导热快的特性 实现快速冷却, 得到圆柱状合金。合金显微组织试 样均在试棒的同一部位 ( 在试棒的下端高 2 cm 处的 截面) 制取。将试样制取后先粗磨再细磨 , 再通过镶 嵌机镶嵌后 , 再对试样进行抛 光, 用氢 氟酸作侵蚀 剂 , 侵蚀后在 XJP- 2C 金相显微镜下观察合金金相 组织, 拍照并在配有 Oxf ord 能谱仪 ( EDS) 的日立 S - 2500 型扫描电镜 ( SEM ) 上进行试样的显微组织 形貌观察及微区成分分析。 采用真空电弧熔炼炉制备试验所用的材料的质 量百分比列于表 1。
第 18 卷 第 1 期 2 0 1 1 年 2 月
金属功能材料 M etalli c Fun ct ional M at erials
V ol. 18, N o. 1 February, 2011
ห้องสมุดไป่ตู้
稀土 Ce 对 Al 12Si 合金微观组织影响
于进文 , 张平则 , 滕新营
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( 1 南京航空航天大学 材料科学与技术学院 , 江苏 南京 210016; 2 济南大学 材料科学与技术学院 , 山东 济南 250022) 摘 要 : 本文以 A l 、 A l Si 、 A l Ce 高纯 组 元配 置 一 定质 量 百分 比 的 A l Si Ce 合 金 , 采 用多 功 能真 空 电 弧熔 炼 炉
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试 验
试验所用的 A l 12Si( 质量百分数 , 下同) 合金是
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试验结果与分析
2 1 冷却速度对共晶微观组织的影响
在 YSU ZZ 多功能真空电弧熔炼炉中进行熔制的。
图 1 不同冷却速度下共晶 Al Si 合金 ( 400 ) Fig 1 Micrographs of eutectic Al Si alloy in diff erent cooling rate
YSU ZZ 进行熔炼 , 使用铜模吸铸法制备样品并对样品进行金 相显微镜、 扫描电镜 ( SEM ) 及能谱分析 ( EDS) 。重 点 研究了 Ce 的加入量及冷却速度等因素对共晶硅的大小、 形状 和分布的 影响。研 究表明 快速凝固 可以很 好的细 化 共晶 硅 , 冷却速度越快 , 凝固速度越快 , 共晶硅就越细小。当 Ce 的加入量为 1 % ( 质量 ) 时 , 共晶硅由 粗大的板片 状 变为小蠕点状。 关键词 : 铝硅合金 ; 快冷 ; 变质 ; 微观组织 ; 铜模吸铸 中图分类号 : T G 146 21 文献标识码 : A 文章编号 : 1005- 8192( 2011) 01- 0039- 05
Effect of Rare Earth Ce on Al 12Si Alloy on Microstructure
YU Jin w en 1 , ZH A N G Ping ze1 , T E NG Xin y ing 2
( 1 School of M at er ials Science and T echno lo gy , N anjing U niversit y of Aer onaut ics and Astr onaut ics, N anjing 210016, Jiang su, China; 2 School of M ater ials Science and T echno lo gy , U niver sity of Jinan, Jinan 250022, Shandong, China) Abstract: In this paper, the A l Si Ce allo y are made fro m A l, A l Si and Al Ce alloy s with high purity T he multi purpose vacuum a rc furnace Y SU ZZ are used for preparat ion o f eutectic A l Si allo y by using the copper mold casting technique T he samples wer e analy sised by metallog ra phic m icroscope, scanning electro n micr oscopy ( SEM ) and en er gy dispr ersiv e spectrum ana lysis ( EDS) T he size, shape and distr ibution o f eutectic Si crystals ar e affected by Ce T he eutectic Si cr ystals of the additio n, the cooling rat e and other factor s T he results indicate that r apid so lidification can effectually refine of cr ys tal silicon, the faster coo ling the solidificatio n rate, the mor e small Si eutectic is lar ge platelets changed into a small point w hen Ce is appro x imately 1w t% Key words: a luminum silicon allo ys; r apid solidification; modificat ion; microstr ucture; copper mold casting
Fig 2
图 2 为不同 Ce 加入量的共晶 A l 12Si 合金经 过铜模吸铸得到的铸态金相显微组织。可以看出 , 在 Al Si 合金中加入 Ce 后, 合金的晶粒尺寸显著变 小。当 Ce 加入量为 1 % ( 质量 ) 时合金晶粒尺寸最 小, 与 Al Si 合金相比 , 平均晶粒尺寸由 80~ 100 m 减小到 25~ 50 m 。 从图 2( a) 中可以看出, 未加稀土元素的合金结 晶速度较快, 晶粒组织粗大, 晶界较薄, 不清晰 , 具有
共晶 Al- 12Si 合金的配料表
Table 1 The proportion of eutectic Al 12Si alloy
Al/ g 12 858 12 306 11 505 10 832 10 148 A l 21S i/ g 17 142 17 142 17 142 17 142 17 142 A l 10Ce/ g 0 0 6 1 5 2 25 3
