铸造铝硅铜合金时浇注温度和冷却速度对其显微组织和力学性能的影响
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铸造
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铜合金
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铸造铝硅铜合金时浇注温度和冷却速度对其显微组织和力学性能的影响,铸造,锻造,铜合金,浇注,温度,以及,冷却,速度,对于,显微,组织,力学性能,影响
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附件 1：外文原文 of on of U , I 30031, 011; in 5 012 of on of by an ) is by at a to of in as in V=118:946 V=115:229, of by is on to of 1 is in of as of in is to to to of is by , in as by is an is by or ;7. be by as by ;9. of on of in of of in is by 0;11. 0;11 on of to of on in to is s is by 2on of on of on of on In of of 2 he wt of by as l in a an In to of in in in in in 50, 700, 750 00 C, 0 to 00 C 1. ) to ) to do by of by a of by At 0 of by a a a 0 s by at 0 on 1 ( ). at a at to 3 a2d in at 50, 700, 750 00 C, It is i) in as 2a. as is is as 2. In a3d in 50, 700, 750 00 C, It be 3 to 2. to 2 3, it is of in is in at of on AS of at 4, it be AS a In is at by 0 C is of in in It is is by of in to is by is by or to is to to of a AS is to of of AS is As AS is on in to on as In is by AS of in or it is AS of in is in of on he of at 5. It be of is of at A in be 2 . On as 356 et 7. On AS of an on as 6. It be AS at by V=118:91:246 V=115:21:029,to 5 It be 7a TS of is of of in of is 7b. It is of is of of 4 1) of i or (2) AS is of (3) of to AS by V=118:9:1:246 V=115:21:029, (4) of 20110491492), 20114of 1 W. Y. . J 10 (2010) 2178 2 S. T. R. S. . 0 (2010) 1756 3 Hu 2 (2011) 925 4 Z. 527 (2009) 146 5 A. 8 (2000) 2823 6 . J 432003) 306 7 Y. 335 (2002) 62 8 T. . J 8 (1994) 1311 9 (1995) 133 10 31 (2000) 2163 11 4 (2000) 54 12 332 (2002) 371 13 Xu 437 (2006) 451 14 F. 417 (2006) 27515 T. 2002) 2：外文资料翻译译文 铸造铝硅铜合金时 浇注温度和冷却速度对 其显微组织 和 力学性能 的影响 U , I 昌机电工程大学，南昌 330031，中国 摘要 本文 主要 研究了铸造铝硅铜铝合金 时 浇注温度和冷却速度 对其显微组织 和力学性能 的影响。 在通过 光学显微镜 用光学显微镜观察其显微组织 特征 后 表明，枝晶臂间距（ ） 在浇注温度较高时状态较好，当浇注温度升高时，枝晶壁间距会随之减少，这是由于高温金属液中的成核点会 随着浇注温度的升高而倍增。铝硅铜合金的力学性能会随着浇注温度的改变而改变， 如硬度和极限抗拉强度 会随其增加而 增加，而伸长率 会减少。在通过检测后，我们得出在 金属模和砂模 中 冷却 的样品的 显微硬度和 之间的 比例分别为 18:946和 115:229。 本文主要研究在 使用永久模铸造和砂型壳过程（冷却介质 分别为空气和沙子） 控制冷却速度的情况下其会对枝晶壁间距 和 力学性能造成的影响 。 关键词： 浇注温度 ; 冷却速度 ; 显微组织 ; 铝合金 ; 力学性能 1 引言 铸造铝硅合金在工程 中应用广泛 ，因为其有许多优异性能： 如重量轻，导热性好，优良的 铸造性能和 良好的可焊性 等 。根据铝硅二元相图的研究铝硅铜合金在本文中的硅含量接近共晶点。 一般来说人们使用化学方式来 细化铝合金的显微组织 ： 加入中间合金，如铝钛 合金 和铝钛硼 合金等， 其中 三铝化钛，二硼化钛或二硼化铝 颗粒 在冷却时较 容易作为核被笼罩在 铝相 中 促进异质形核。除了晶粒细化 外，细化显微组织也 是提高铝硅基合金 的力学性能 的一种有效方法， 这通常通过 加入 合物来实现。 除了化学 方式外 ，细化 显微组织也可以用 物理 方式来实现， 如熔体过 热处理。这种不添加任何添加剂的新的方式正在 被一些研究者研究。 过热处理对铝硅合金中的铝的初生硅相和合金的力学性能都有着有益的影响。 浇注温度 同样也会 直接影响 主晶体的成核和生长等，如铝硅合金中的 ， 它的 成核 过程决定了其 晶粒 大小，形态及其在 基体中的分布情况 。合金中的固体显微组织也受其凝固前还是液体时的液体显微组织的影响。一些对液态铝硅合金的结构的研究成果对于理解硅基合金在液态时的显微组织对其凝固后的显微组织的影响这方面上大有裨益。另外还有一种细化显微组织的方法：提高熔体的冷却速度。这通常通过改变冷却介质来 实现。 然而，一些实验仅 专注于研究过热处理和 冷却 对刚凝固的 硅 元素 的 形态 的影响， 却没有过多考虑关于工作时 的浇注温度 和 冷却速率对铝硅铜合金的枝晶臂间距和 力学性能 的影响。在本文中， 我们对 不同浇注温度和冷却速率 下 枝晶壁间距及其 的 力学性能 进行了研究 。 2 实验 本文采用 电感耦合等离子体质谱仪 来测量并 研究铝硅铜合金的化学成分（ 结果如下 （百分比） ：硅 钛 铬 铅 锡 余为铝。 该合金 被放在石墨坩埚中被电阻炉融化。 为了探讨浇注温度和冷却速率的影响， 我们采用了 四种不同的浇注温度，熔化的合金 则分别被注入 永久 金属 模和砂模 ，冷却介质则分别采用砂子和空气，而永久模的冷却速率比普通的砂型铸模更快。所选的浇注温度分别为 650,700,750和 800度。当达到所选浇注温度后金属液的温度会被保持 60分钟以确保温度场的稳定，之后再将合金金属液注入模具。（永久模会在浇注开始前被预热到 200度）浇注出的样本在图 1中附出。样本的中段部分（标注为 A）用于表征和测量 凝固后的显微组织和 显微硬度 ，两边（标注为 ）则用于做拉伸测验。 图 1：使用永久模和砂模铸造出的合金样本 氢氟酸蚀刻。本文使用 蔡司光学显微镜（ 来 研究 合金的显微组织， 枝晶臂间距（ 则使用 每个样品取值至少 20次， 其平均值。 显微硬度测量 设备则选用富士科技 压头使用标准维氏 压头， 负荷 ， 停留时间为 10秒 。 显微硬度 在至少 10次测量后取其平均值。 圆柱拉伸测试使用上面图 1中的 样本进行。拉伸测试在室温中进行，应变速率为 分钟 。 极限拉伸强度（ 伸长率 （ 已经过测量。 3 结果与讨论 微组织和相图的分析 图 2的 浇注温度 分别为 650,700,750和 800度时的铝硅铜合金的显微组织。 结果表明， 该合金的 组织主要由 铝枝晶（白相）和共晶相（ 铝 与硅 ）在枝晶间的区域 形成 ，如图 2当然也有其他晶相 ，如 图中像硬板一样的晶相是 汉字 形 的晶相 是 二铝合铜 ， 另外 ， 铝枝 晶的大小与 浇注温度 成正比，二铝合铜则正好相反。 图 2：浇注于永久模，浇注温度分别为 650（ a） ,700(b),750(c)和 800度 (d)时的合金的显微组织 图 3的 别为 650,700,750和 800度时的铝硅铜合金的显微组织，从图 3可以看出，晶相的组成与图 2类似，同样的， 铝枝晶 的大小与 浇注温度 成正比，二铝合铜则正好相反。在对比图 2和图 3后我们可以得出结论：在同样的浇注温度下，在砂模中冷却的合金的晶相要比在永久模中冷却的合金晶相更粗。 图 3： 浇注于砂模，浇注温 度分别为 650（ a） ,700(b),750(c)和 800度 (d)时的合金的显微组织 同 的 浇注温度和冷却速率 对 枝晶臂间距 （ 影响 在不同浇注温度下的样品的 图 4所示 。由图可知，浇注温度越高，就是说提高浇注 温度 对合金 具有显著的细化作用。 传统铸造中，融化的金属通常是在温度较高时（约比其熔点高 50度）对其进行浇注。温度越高，金属液的活动性就越高，从而使得金属液中的成核点越多。众所周知，细化现象是在成核点开始倍增及成核时发生的。有两种方法证明这点：一，加入诸如 的东西后造成的 外在的影响，二是用耐火材料或原子簇的性质进行影响。根据金属凝固的理论，临界核直径和金属的冷却速度以及吉布斯自由能的减少成反比。因此，加快冷却速度有益于金属结晶，因为加快它能够使得临界核变小，并且能造成更大的结晶驱动力。综上所述，成核点的增多极大的减小了 就是说，增大浇注温度会减小 如上所述， 要与冷却速度相关，冷却速度越高， 小。对于同样的合金而言，它的 其本身冷却速度挂钩。这取决于不同的铸造技术，如使用永久模或砂模铸造等；在本实验中 冷却速率通过切换铸造模来控制，分别为永久模和砂模。图中明显可见，其他条件相同的情况下，在永久模中冷却的合金的 图 4：不同浇注温度下的铝硅铜合金样本的 图 5：不同浇注温度下的铝硅铜合金样本的显微硬度。 注温度和 冷却 速度对力学性能的影响 我们在对不同浇注温度下制造的合金的显微硬度进行测量后将结果记在了图 5中。由图可见，在浇注温度提升后显微硬度随之提升。另外，在永久模中冷却的合金的显微硬度高于砂模纵冷却的。较高的浇注温度能够显著的增加熔体的金属核并细化其显微组织。细化的显微组织的图可以在上文的图 2和图 3中看到。一方面，细化纤维组织可以提高铝硅铜合金的显微硬度（类似廖等人研究 另一方面，样本的 图 6。 图 6：显微硬度与 系。 在图中可以看到，显微硬度会随着 增高而降低。在砂冷和风冷条件下的显微硬度和 关系可以通过线性回归分析来分析，得出结果分别为118:946和 115:229。整个结果与景得出的结果相似。 图 7：浇注温度与拉伸性能间的关系， 的关系， 图 7显示了浇注温度与拉伸性能间的关系。从图中可见，极限拉伸强度 (着浇注温度的增加而增加，而在永久模中浇注的合金的 于砂模中浇注的，因为永久模中的合金 的显微结构细化的程度更高。伸长率的变化与浇注温度的对应关系在图 7B 中可以看到。结果表明，合金的伸长率随着其浇注温度的增加而降低，并且金属模中冷却的合金比砂模中冷却的合金的伸长率更低（因为前者的显微硬度更高） 4 结论 (1) 本论文中研究的合金是由铝固溶体 (，板状的 的金属间化合物相，汉字型的二铝合铜共晶相和硅相（单晶或共晶）构成。 (2) 该铝硅铜合金的 增大而显著减少。 (3) 该铝硅铜合金的显微硬度随其浇注温度提高而提高（因为其 其提高而降低 ）在通过线性回归统计方式其显微硬度和 关系统计计算后得出结果分别为 118:946和 115:229。 (4) 无论砂模还是永久模，铸造出的合金的极限拉伸强度都随着浇注温度的增加而增加，但其伸长率会随着浇注温度的增加而降低。 致谢 本论文在制作过程中得到了中国博士后科学基金会 (20110491492)，江西省自然科学基金会 (20110491492)和江西省教育厅科学基金会 (大力支持。 参考 文献 1 W. Y. . J 10 (2010) 2178 2
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