4343铝合金轧制工艺及热处理研究毕业论文

京 江 学 院 U 科 毕 业 论 文 4343 铝合金铸轧坯 及 其 热处理 工艺研究 4343 生学号 ： 3091107016 学生姓名： 沈於鑫 专业班级 ： J 成型 0901 指 导教师姓名： 潘秋红 指导教师职称： 副教授 2013 年 6 月 江苏大学京江学院本科毕业论文 2 4343 铝合金 铸轧 坯 及其热处 理 工艺研究 专业班级： J 成型 0901 学生姓名：沈於鑫 指导教师：潘秋红 职称：副教授 摘要 ： 4343 系 合金，该合金有良好的填充性能和钎焊性能。目前，各国通常选用 合金或 合金做为钎剂和钎焊箔的包覆材料。但该系合金的缺点是含有大量的 素，在合金中形成的共晶 针状或片 状，会严重损害合金强度、塑性等力学性能。 其加工坯料以铸锭热轧工艺 为 主，鲜少采用连续铸轧供坯。 本文以 4343铝合金铸轧坯为研究对象， 通过差热分析、金相显微观察、扫描镜及 析， 对其铸轧组织和 均匀化 退火工艺进行了实验研究。分析 4343 铝合金铸轧组织的特点，并对其退火方案下的样品进行试验分析， 优化 4343 铸轧 板 坯的退火工艺 ， 满足 冷轧 成形工艺的要求 。 主要进行了如下实验： 1、对 4343 铝合金进行差热分析，确定其退火温度界 限。 2、 对 4343 铝合金铸轧坯同一板面的不同位置取样，通过 光学显微镜 对其铸轧态组织的形貌 、分布对比，确定铸轧板坯的质量对 铸轧板 料 热处理 制度及中间退火工艺的影响。 3、 对板材 进行多块 取样，在马弗炉中进行不同制度的均匀化退火 ,以确定合理的均匀化退火工艺 。 4、 通过扫描电镜对不同均匀化退火制度下的样品的化 合物分布、形态、大小进行观察，确定在不同退火制度下的化合物对 铸轧板 料质量和性能的影响 。 结果表面 : 4343 铸轧坯在同一板面不同部位，由于冷却强度的差异导致铸轧态组织出现变化，只有通过中间均匀化退火消除板面组织不均产生的影响。进行不同温度均匀化退火表明， 480 520 /3h 的均匀化退火能不同程度地 减少铸轧坯 组织不均的现象，同时化合物分布较为弥散，化合物形貌以片状的、 珊瑚状 的 （ +晶） 相化合物为主 20 /3h。 关键词 :4343 铝合金 铸轧 坯 退火工艺 江苏大学京江学院本科毕业论文 3 4343 4343 as a of i in a of in to si or to In 4343 as by DS of 343 of 343 to as 1. 4343 to of 2. of 343 a by on to of of 3. a of on in to a 4. by of to of in on of 4343 in of of of to of to of 80 520 /3h is to +苏大学京江学院本科毕业论文 4 20 / 3h. 4343 苏大学京江学院本科毕业论文 5 目 录 引言 6 第一章 绪论 6 及铝合金的分类 7 的基本性质 7 硅合金的成分、组织、性能 7 合金的应用 9 合金铸轧工艺 10 合金铸轧工艺的特点 10 合金铸轧研究现状 11 合金的热处理及工艺 11 处理目的 11 火处理 12 溶处理 12 效处理 12 硅合金 的变质工艺的 研究 13 （ 质 14 （ 质 14 （ 质 15 土变质 15 合变质 16 速冷却变质 16 他变质方法 17 论 文的 主要 研究 内容 及 研究 意义 17 江苏大学京江学院本科毕业论文 6 第二章 实验内容 18 验材料的制备 18 热分析 18 验方案 19 相实验 19 描电镜及能谱分析 19 第三章 实验结果及分析 20 蚀前铸轧 坯 金相组织形貌观察 20 蚀 后铸轧 坯 金相组织形貌观察 21 匀化退火前铸轧 坯 组织 22 匀化退火后组织观察 23 描电镜下析出物具体形貌分析 26 轧坯 退火制度 对 铸轧工艺 的影响 27 轧坯退火前后组织形貌对轧制性能的影响 27 第四章 结论 29 致谢 30 参考文献 31 江苏大学京江学院本科毕业论文 7 引 言 随着汽车行业的飞速发展，轿车及运输车等对空调装置也提出了越来越高的要求。空调装置已从独立的散热器与制冷装置，演变成现在能够选择内、外气并能调节湿度的一体式装置。热交换器是汽车空调系统的重要部件，主要包括暖气装置的散热器和冷凝装置的冷凝器和蒸发器。铝合金具有较高的机械强度和抗 腐蚀性能，在冷凝器的制造行业中，铝制冷凝器正在逐步取代原有的不锈钢和铜制冷凝器 。这种冷凝器广泛应用于汽车及运输车等发动机水冷以及中型空调的冷却，是保证正常工作的关键部件之一，因此焊接质量尤其重要 。复合铝合金材料因其独特的优点逐渐应用到冷凝器的制造中，这又对其焊接 提出了新的要求，本文就是来研究汽车冷凝装置上的热交换器钎焊层中广泛应用的 4343 铝合金 。 做为一个包覆层要具有 低熔点，凝固范围窄，流动性好，优良的耐蚀性等优点，还要有利于焊缝凝固时的补缩和减少裂纹等。 第一章 ： 绪论 及铝合金的分类 纯铝具有优良的导电、导热、抗腐蚀性能好，尤其是铝合金密度小、力学性能好，因此广泛的应用于交通、机械、化工、建筑等行业。 合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等 。 江苏大学京江学院本科毕业论文 8 图 1 铝及铝合金分类 一些铝 合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有简单铝硅合金（不能热处理强化，力学性能较低，铸造性能好），特殊铝硅合金（可热处理强化，力学性能较高，铸造性能良好）。 的基本性质 铝 的化学符号为 子序数 13,原子量 周期系 。在地壳中的含量为 8%,仅次于氧和硅 。它广泛分布于岩石、泥土和动、植物体内。岩石中的 铝 主 要以硅酸的形式存在。 铝 为银白色的轻金属 ,熔点 C,沸点 2467 C,相对密度 为面心立方结 构 【 1】 。纯铝 较软 ,其强度依赖于它的纯度。铝具有良好的延展性。硅 、铜、铁、锌、锡、镁、锰 等金属易溶于熔融铝 中形成相应的合金 ；氢是能溶于铝 中的唯一气体 ,其溶解度随温度升高而增大 ,但在金属凝结时接近于零。铝 具有良好 的导电性和导热性。纯铝 的电导率是退火铜的 64%。温度在 50k 以下时电阻率小于极纯的铜和银 ,在 下可变为超导体。 硅合金的成分、组织、性能 铝硅二元合金具有简单的共晶型相图 ,共晶成分在 亚共晶成分在 共晶成分为 （ （ 种相，亚共晶合金组织由 （ +共晶体（ + ），过江苏大学京江学院本科毕业论文 9 共晶体由 （ 共晶体（ + ）。 由于结晶硅带入微量磷使亚共晶合金中出现初晶硅，并使共晶硅形成粗大的斑片状。 由 元相图，含 18%处有流动峰值。 图 2 铝硅合金相图 共晶型 元合金铸造性能优良，但力学性能不高，故只能用于压铸、挤压铸造等高速冷却的铸造方法；对于低速冷却的铸造方法必须进行变质处理，细化共晶硅，以获得足够的力学性能。铝与共晶硅 的切削性能不好，除了进行变质处理，细化共晶硅、初晶硅，还可加入铋、铅等易切削元素。对于砂型铸造，石膏型铸造等冷却速度慢的 铸造方法，必须进行变质处理，细化共晶硅，以获得足够的力学性能。 细化共晶硅的变质处理不能同时细化初晶硅，对于有大量初晶硅的过共晶合金，必须采用加磷细化初晶硅，提高力学性能。 铝的塑性大，切削时需消耗很大的功，随硅量增加，共晶体增多，切削功可减小，但共晶硅硬度高，易磨损刀具，尤其是有粗大初晶硅的过共晶合金，刀具磨损更严重，被加工的表面很毛糙。为改善切削加工性能，除进行相应的变质处理，细化共 晶硅、初晶硅外，可加入铋、铅等易切削元素 ;对过共晶合金可采用镶嵌钻石刀具，选择最佳切削速度和合适的切削液等，也能获得光洁的加工表面。 综上所述，为了兼顾合金的各种服役性能和工艺性能，铝硅类合金的含硅量一般为7% 合金的应用 铝 合金仍然保持了质轻的特点 ,但机械性能明显提高。铝 合金材料的应用有以下三个方面 :一是作为受力构件 ;二是作为门、窗、管、盖、壳等材料 ;三是作为装饰和绝 热材料。利用铝 合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点 ,制成各种装饰品。铝 合金板 材、型材表江苏大学京江学院本科毕业论文 10 面可以进行防腐、轧 花、 涂装、印刷等二次加工 ,制成各种装饰板材、型材 ,作为装饰材料。 铝合金具有密度小 ,导热性好 ,易于成形 ,价格低廉等特点 ,已广泛应用与航空航天、交通运输、轻工建材等部门 ,是轻金属中应用最广、用量最多的合金。随着电力工业的发展和冶炼技术的突破 ,其性价比大为提高 ,目前交通运输业已成为铝 合金材料的第一大用户。随着交通运输业现代化进程的加快 ,铝及铝 合金材料在交通运输航空航天和汽车三大领域的应用将日益增加。 铝 合金是亚音速飞机的主要用材 ,目前民用飞机结构上的用量为 70%其中仅 铝 合金柳丁一项 ,每架飞机就有 40个 ;据波音飞机公司的统计 ,制造各类民用飞机 共用招材 7100 千吨 ,平均每架用铝 2 吨。铝制 零部件在先进军用飞机中的比例虽低一些 ,但仍占其自身总质量的 40%据预测 ,2010 年全球航空航天 铝 材的消费量可达 60万吨 ,年平均增长率为 汽车用铝 合金材料的 3/4 为铸造铝 合金 ,主要是发动机部件 ,传动系部件和地盘行 走系零部件。变形铝 合金主要用于热交换器系统 ,车身系部件。预计 10 年内 95%的气虹盖和 50%的轿车发动机汽缸将用铝 合金制造 ,轻型货车目标分别达到 60%和 25%水 平。铝基复合材料在某 些范围内代替铝 合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料 ,用于汽车关键零件 ,特别是高速运动的零件 ,对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等方面具有非常积极的作用 ,在汽车领域有着良好的应用前景 【 2】 。 合金的铸轧工艺 连续铸轧将铝带材成形工艺中的铸造和 轧 制 合二为一，很大程度上缩短了生产流程和生产周期，已经成为铝加工生产带坯的主要方式之一。 铸轧过程中金属从熔融状态经两个相向旋转并通有内部循环冷却水的轧辊在 35 95的时间里面强制冷却而凝固结晶，最后被轧制成 形 。 图 3 铸轧 生产 工艺 流程图 江苏大学京江学院本科毕业论文 11 1234 5678 图 4 铸轧示意图 合金的铸轧特点 铝合金铸轧工艺是把熔 融金 属通过铸嘴浇入铸轧辊 之间 ,在辊 缝中完成 浇 铸、冷却、结晶、凝固、轧制和出 坯 这一系列的工艺过程 【 3】 。 该技术的特点是金属凝固和轧制变形同时进行 ,液态金属在结晶凝固时 同时承受压力加工和塑性 变形 ,在很短时间内完成从液态金属到固态薄带的全部过程 【 4】 。 相对于传统的生产工艺 ,双棍铸轧 具有下列优点 : （ 1） 简化了生产工序 ,减少了废料重溶 ,节省大量能源 ,成材率高 ； （ 2） 设备简单集中 ,投资少 ,占地面积小 ,建造速度快 ,生产成本低 ； （ 3） 可连续稳定地进行生产 ,简化了生产工艺 ,缩短了生产周期 ,生产效率大大提高 ,且便于实现自动化 ； （ 4）液态金属在双辊铸轧 过程中实现了快速凝固 ,促进了亚稳相的形成 ,扩大固溶度 ,细化了组织 ,从而大大改善了材料性能 ； （ 5） 此外 ,利用薄带铸轧技术的快速凝固特点 ,还可以生产出传统工 艺难以礼制的材料以及具有特殊性能的新材料。 合金的铸轧研究现状 铝合金铸轧技术工艺方案因结晶器的不同而分为辊式、带式与辊 带式等 ,其中研究最多、进展最快、最具发展前途的当属双辊薄带铸轧 技术 【 4】 。早在 1846 年 ,英国人亨利 贝塞麦 (次提出了从旋转着的两个轧辊上方辊 缝注入金属溶体生产铸 坯 的设想 ,它是铸造、凝固和轧制过程同时在一台轧机上一次完成的无锭轧 制模型 ,但经过多年的努力都未获成功。从那时起 ,双辊 铸轧金属的工业化生产一直是各国金属工作者梦寐以求的目标 【 5】 。二十世纪 50 年代美国亨特 道格拉斯 (司和 法国彼涅公江苏大学京江学院本科毕业论文 12 司最先研制出双辊 式铸轧机 ,并首次成功的铸轧了铝带 坯 ,到 1990年世界上约有 20%的铝轧制产品的 坯 料是由铸轧 法生产出来的 ,如今双辊式铸轧 已经成为生产 薄铝 板的主要方法之一 【 6。 自从 1956 年美国哈兹利特 (司双辊 带式连续 铸造机成功地生产出了可连续进行热轧的厚带 坯 后 ,有许多的学者将目光投向了钢材、 铝镁轻合金的双辊 铸 轧生产当中 ,以便用更快的速度生产更高质量的薄带 ,目前 ,己经 能运用该技术在实验室或工厂中铸轧 厚 不绣钢、硅 钢、高速钢薄带 【 3】 。 合金 的热处理 及工艺 处理目的： 热处理的目的大致有以下几个方面： （ 1）充分提高铸件的机械性能，保证一定的塑性，提高合金抗拉强度和硬度，改善合金的切削加工性能等； （ 2）消除由于铸件壁厚不均匀、快速冷却等所造成的内应力； （ 3）稳定铸件的尺寸和组织，防止和消除因高温引起相变产生体积胀大现象； （ 4）消除偏析和针状组织，改善合金的组织和机械性能。 火处理 退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移 ，使之组织更加均匀、稳定，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。 （ 1）铸锭均匀化退火：在高温下长期保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性 20%左右，降低挤压力 20%左右，提高挤压速度 15%左右，同时使材料表面处理质量提高。 （ 2） 中间退火：又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的 塑性，消除材料内部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。 （ 3）完全退火：又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度 。 溶处理 固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此时材料塑 性较高，可进行冷加工或矫直工序。 （ 1）在线淬火：对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固溶，江苏大学京江学院本科毕业论文 13 然后用空冷（ 用水雾冷却（ 行淬火以获得一定的组织和性能。 （ 2）离线淬火：对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于 15 秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。 效处理 时效：经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的过饱 和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在（ 晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出（沉淀）强化。自然时效：有的合金（如 2024 等）可在室温下产生析出强化作用，叫做自然时效。人工时效：有些合金（如 7075 等）在室温下析出了强化不明显，而在较高温度下的析出强化效果明显，称为人工时效。人工时效可分为欠时效和过时效。 （ 1）欠时效：为了获得某种性能，控制较低的时效温度和保持较短的时效时间。 （ 2）过时效：为了获得某些特殊性能和较好的综合性能，在较高的温度下或保温较长的 时间状态下进行的时效。 （ 3）多级时效：为了获得某些特殊性能和良好的综合性能，将时效过程分为几个阶段进行。可分为二阶段、三阶段时效 。 硅合金的变质工艺的研究 铝硅合金是典型的不规则共晶 ,未变质共晶硅形貌为粗大的片状或针状 ,而且较脆 ,受力过程中容易割裂基体降低合金的强度尤其是延伸率 。 为了获得较好的综合性能 ,铝硅合金通常要进行变质处理 ,改善共晶硅的形貌 ,铝硅合金的变质过程就是共晶硅由大的片层状向多分支的纤维状或细化的层片状转变 ,使共晶硅更均匀的分布在软韧相的 (体中 。 亚共晶铝硅合金变 质主要通过三种方式获得 ,一是化学变质 ,通过添加适量变质剂影响共晶硅的形核和长大过程 ； 二是合金熔体的快冷 ,提高共晶硅的长大速度 ； 最后是超声处理和过热处理等其他方法 【 10】 。 由于操作简单 、 成本较低等优点 ,工业中应用最广泛的是化学变质方法 【 11】 ,迄今已发现的变质元素有碱金属中的 K,土金属中的 土元素 合稀土 ),氮族元素 氧族元素 S、 。 其中最常用的有 种元素 ,而 质合金可以获得均匀的纤维状共晶硅 ,质合金则得到片 层状共晶硅 ,典型组织如图 5 所示 。 江苏大学京江学院本科毕业论文 14 图 5 变质亚共晶合金共晶硅形貌对比 (质 自从 1920 年 12】 发现 铝硅合金的性能有很大提高 ,铝硅合金已经发展成为最主要的结构材料之一 。 关于 变质研究者先后提出了诸多理论加以解释 ， 现在 变质共晶硅相主要遵循孪晶凹槽机制 (制 ),的变质作用主要体现在不断地封锁孪晶凹槽 ,促使硅相改变生长方向 ,结果导致硅相的 细化 、 分枝和形态趋于球化 。 变质能力最强 ,应用最早也最广泛 。 加入较小的量 (),即可把共晶硅相从片状或针状变质成为完全均匀的纤维状 ,工艺成熟 ,变质效果受其他条件影响小 ,没有变质孕育期 ,对铸件冷却速度不敏感 ,使用方便 。 但是 于挥发烧损而使得变质时间短易衰退 ,重熔后变质效果较差 ； 吸收率低 ,加入量难以控制 ,添加过程中产生烟雾污染环境 ； 质容易增加熔体吸气倾向合金组织气孔数量增多 ,同时易腐蚀工具和设备等缺点 ； 另外 ,量超过 就会产生过变质 现象 ,导致合金力学性能大幅下降 。 锶 (质 有与 似的变质作用 ,可以变质共晶硅为纤维状 ， 是一种长效变质剂 ,变质孕育期为 30 40质有效期长达 5 7h,可以反复重熔 。 另外 ,质通常以 间合金的形式加入 ,其熔化范围在 654 770e 之间 ,易于被铝液吸收 ,回收率可达 70% 80%,加入量容易控制 。 同时 质过程中不产生有害气体 ,不腐蚀设备 ,所以现在已经逐渐取代 目前应用广泛的变质剂 【 12】 。 但用 变质剂时不宜采用氯气 或氯盐进行精炼处理 ,易烧损 ,降低 变质效果 ,最好采用通氩气 、 氮气或真空除气的方法精炼 【 13】 。 质合金熔体吸气倾向增加 ,显著提高铸件的针孔度 ,降低合金的密度 ,气孔和氧化夹杂等缺陷严重 【 14】 ,经过熔体处理后仍有 杂 【 15】 ,变质效果降低 。 另外 ,价格相对较高 ,变质效果对铸件冷却速度也很敏感 。 江苏大学京江学院本科毕业论文 15 【 16】 分析了变质剂 变质剂 B 的相互影响 ,随 量提高合金细化效果降低 ,同时容易形成 合物 ,超过一定量后降低了细化变质效果 。 【 17】 在 金中也得到类似的结果 ,随 B 含量增加 有效含量降低 ,降低共晶硅变质效果 。 锑 (质 亚共晶铝硅合金的变质作用已经得到证实 ,尤其是变质的长效性 、 低气孔率进一步增加了 质的使用价值 【 18】 。 共晶硅有变质作用 ,具有长效性 ,但只适合于亚共晶铝硅合金 ,而且其对金属型和砂型壁厚不大的铸件都有较好的变质效果 ,但对缓冷的厚壁砂型铸件变质效果不明显 。 质只能细化共晶硅 ,其形貌仍为针状或层片状 ,其变质效果不如 19】 。 李会玲 【 20】 研究了 铸造 金中的行为 ,加入适量的 素 ,可以获得典型的 (晶组织和点状的共晶硅颗粒 。 质受冷却速度的影响较大 ,所以使用上受到一定限制 ,但是 质效果基本不受熔体保温时间 、 重熔的影响 ,也不增大铝液的吸气与氧化夹杂倾向 。 土变质 国内外大量研究表明 ,稀土可以细化或变质铝硅合金中粗大片层状共晶硅 ,从而改善合金的性能 ， 而且稀土的变质作用具有相对长效性和重熔稳定性 ,其变质效果可维持 5 7 小时 【 21】 。 张启运 【 22】 等对单一稀土变质共晶硅进行了系统的研究 (图 6),发现 有最强的变质能力 ,之 ,混合稀土的变质能力略低于 Y 的变质能力很弱 ,同时预测 有与 似的变质能力 。 图 6 稀土变质共晶硅形貌 （ a） 0,(b) c) d) e)f)g)h)Y 江苏大学京江学院本科毕业论文 16 此外 ,稀土在铝合金中还可以起到除渣除气作用 ,尤其是对合金熔体中的氢含量有强烈的出其作用 【 23】 ,使铸造铝合金的工艺性能得到很大的改善 ,特别适合于再生铸造铝合金的生产过程 【 24】 。 但是稀土变质的效果不如 以获得较好的变质效果 【 25】 ,共晶硅为细化的片层状 ,与 质类似 。 合变质 稀土都可以对共晶硅产生细化或变质作用 ,但是单一变质也都具有一些本身的局限性 ,这样就使得单一变质总难以达到最佳的综合效果 。 因此 ,为了克服单一变质剂自身的缺点 ,同时又能充分发挥各自优点 ,即探索合金熔体的复合变质处理方法 ,成为了铝合金研究领域的一个重要方向 。 欧阳志英 【 26】 系统研究了复合 变质对过共晶和亚共晶铝硅合金的变质作用 ,结果表明稀土的添加可以强化 P、 变质效果 ,复合变质可以进一步提高初生硅的细化和共晶硅的变质 。 但也有人认为混合稀土的加入在某种程度上消弱了 变质作用 【 27】 。 【 28】 发现 与单一 复合变质后共晶硅尺寸有所增加 ,主要原因是复合添加后产生 合物 ,降低了变质效果 。 速冷却变质 快速冷却通过提高合金熔体凝固的冷却速率使液态金属获得较大的过冷度 ,增加形核速率细 化共晶硅 【 29】 。 T. 30】 等研究了生长速度对共晶 形貌的影响 ,如图 7 所示 ,结果表明共晶硅在较大生长速度下可以由粗大片层状转变为纤维状 。 图 7 不同生长速度时的共晶硅形貌 江苏大学京江学院本科毕业论文 17 未变质共晶硅为典型的粗大片层状或针状 ,最初共晶硅被认为是孤立的 ,但是随着研究的深入发现共晶硅具有三维的立体片层结构 ,快淬变质后共晶硅向纤维状转变 【 21】 。 该方法可达到很好的细化效果 ,甚至达到微晶或纳米晶 ,但生产试件尺寸小 ,控制困难 ,晶粒内应力较大 。 快冷变质共晶硅呈细化的纤维状 ,但是与化学变质不同 ,快冷 变质共晶硅没有高密度的孪晶 。 他变质方法 亚共晶铝硅合金的变质处理还包括电磁搅拌 【 31】 、 超声处理 【 32】 、 机械振动和过热处理等 。 其中机械振动和超声处理属于动力学方法 ,该方法需要特殊设备 ,同时共晶硅只产生细化 ,不能产生明显的变质效果 。 电磁搅拌通过对 金熔体施加一个电场 ,使熔体中不同组分的原子集团产生不同程度的迁移 ,由迁移而产生的摩擦力以及电场对原子集团周围电子云屏蔽作用削减 ,可使熔体中的原子集团减小 ,从而提高了凝固过冷度 ,增大形核率 。过热处理可以消除合金熔体中的潜在异质形核质点或 子团簇 ,抑制了共晶硅的形核 ,细化共晶硅 。 论文的主要研究内容及研究意义 本文以 4343 铝合金为研究对象， 通过对铸轧坯的均匀化退火工艺研究，观察其显微组织的形状及析出物 分布情况的变化，通过对比分析以确定合适的退火温度；，分析不同的退火温度对铸轧坯料组织性能的影响。从而判断并总结出合理退火工艺，以得到最优化的生产工艺。 主要研究内容： （ 1） 对 5 块相同材料不同部位铸轧坯料进行 3 种温度的退火实验，进行金相实验， 观察其显微组织。 （ 2） 对 4343 铸轧坯料的铸轧工艺研究，和热处理退火研究，从而得出改善组织 中巨大析出物和初晶硅聚集等问题的解决方法。 （ 3） 通过扫描电镜的观察分析对比，得出最好的应对铸轧坯料组织性能缺陷的方法。 江苏大学京江学院本科毕业论文 18 第二章 ： 实验内容 验材料的制备 本实验材料采用某铝加工厂生产的厚度为 合金铸轧板坯样品。 其化学成分见表 1。将其横向截取，分成 5 块，分别编号 1， 2， 3， 4， 5，代表边 1，肋 2，中 3，。在 5 块样上分别取 4 小块，每块大小平均为 20 10 别编号 111222233334444555其中 12345对照样品，其余 20 个样品进行退火实验处理。取相同材料的铝合金 铸轧板坯 冷轧至 材 2 块，每块上取 2 个样品，分别进行平行轧制方向和垂直轧制方向的面进行处理制样。 表 1 4343 铝合金的化学成分（质量百分数） 热分析 过差热分析仪来确定 4343 铝合金的熔点，用来制定合理的均匀化退火制度。差热分析仪原理： 将待测试样和参比物（ 热惰性 物质）置于同一条件的炉体中，按给定程序等速升温或降温，当加热试样在不同温度下产生物理、 化学性质 的变化（ 如相变，结晶构造转变， 结晶作用 ，沸腾，升华，气化，熔融，脱水，分解，氧化，还原 及其他反应）时，伴随吸热或放热，试样自身的温度低于或高于参比物质的温度，即两者之间产生温差。温差的大小（反应前和反应后二者的温差为零）和极性由热电偶检测，并转换为电能，经放大器放大输入记录仪，记录下的 曲线 即为差热曲线。差热分析仪是研究细小的 粘土矿物和含水矿物的必不可少的工具。 元素 n i i 量 量 江苏大学京江学院本科毕业论文 19 图 8 差热分析 4343 铝合金熔点温度 验方案 （ 1）对 铸轧坯同一板面的 5 个部位分别取 1 号样 进行组织形貌分析 。 （ 2）对 5 块样中剩下的 2， 3， 4 号小样进行退火实验，对厚度 3 块小样分别进行 480 、 500 、 520 三种不同温度的均匀化退火，实 验 在 马弗炉中进行 ，保温时间 3小时。 （ 3）对以上方案 制备的试样处理后，通过分析显微学光镜观察其 组织形貌并分析 确定均匀化退火方案。 （ 4）通过扫描电镜观察组织形貌并分析确定退火方案。 相实验 金相样品的制备及观察过程为 : (1)制样：取样后前期经过 320、 400、 600、 800、 1000 这 5 种 砂纸 从粗到细磨光。 (2)抛光： 为了使磨面成为无划痕的光滑面 ,试样先用 溶液配合硬抛光布粗抛 ,然后用 刚石抛光剂 配合软抛光布细抛 。 (3)电解抛光：参照 2000变形铝及铝合金制品显微组织检 验方法，抛光液成分为 10%高氯酸 + 90%无水乙醇混合液，抛光电压 28 30V，时间 3S，电解液温度低于 40 。抛光后用酒精冲洗，吹干。 (4)拍照： 在 光学显微镜 电 观察化合物分布状况以及具体化合物形态 。 描电镜 及能谱分析 本实验 材料组织分析及物相成分分析在 场发射扫描电镜上进行 (能谱分析仪为 江苏大学京江学院本科毕业论文 20 扫描电镜的工作原理： 右扫描电镜由最上边电子枪发射出来的电子束，经栅极聚焦后，在加速电压作用下，经过二至三个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成一个细的电子束聚焦 在样品表面。在末级透镜上边装有扫描线圈，在它的作用下使电子束在样品表面扫描。由于高能电子束与样品物质的交互作用，结果产生了各种信息：二次电子、背反射电子、吸收电子、 X 射线、俄歇电子、阴极发光和透射电子等。这些信号被相应的接收器接收，经放大后送到显像管的栅极上，调制显像管的亮度。由于经过扫描线圈上的电流是与显像管相应的亮度一一对应，也就是说，电子束打到样品上一点时，在显像管荧光屏上就出现一个亮点。扫描电镜就是这样采用逐点成像的方法，把样品表面不同的特征，按顺序，成比例地转换为视频信号，完成一帧图像，从而使我们 在荧光屏上观察到样品表面的各种特征图像 。 能谱分析仪工作原理： 各种元素具有自己的 X 射线特征波长，特征波长的大小则取决于能级跃迁过程中释放出的特征能量 E，能谱仪就是利用不同元素 X 射线光子特征能量不同这一特点来进行成分分析的。当光子进入检测器后，在 体内激发出一定数目的电子空穴对。产生一个空穴对的最低平均能量 是一定的（在低温下平均为 因此由一个 X 射线光子造成的空穴对的数目 N=E/。入射 X 射线光子的能量越高， N 就越大。利用加在晶体两端的偏压收集电子空穴对，经过前置放大器转换成电流脉 冲，电流脉冲的高度取决于 N 的大小。电流脉冲经过主放大器转换成电压脉冲进入多道脉冲高度分析器，脉冲高度分析器按高度把脉冲分类进行计数，这样就可以描出一张 X 射线按能量大小分布的图谱。 江苏大学京江学院本科毕业论文 21 第三章 ： 实验结果及分析 蚀前 铸轧 坯 金相 组织形貌观察 （ a） 2 号样铸轧态 （ b） 3 号样铸轧态 （ c） 4 号样铸轧态 图 9 未经热处理的铸轧坯 100 倍金相观 察 由上图可 以看出， 4343 铝合金在铸轧过程中，同一板面的不同位置其 组织 的形貌、大小和分布有较大区别，铸轧坯 上部和下部组织良好 ， 晶粒铸轧 延铸轧方向呈树枝晶，共晶硅 聚集较少 ,只有 少量 的聚集。 中 部 共晶硅 的聚集较 上部和下部 多，呈现出区域性连续聚集 。晶粒度较大，共晶硅聚集呈板条装分布，严重割裂集体，使铸轧 坯 组织性能下降，产生裂边，开裂，甚至断裂的严重生产缺陷。 江苏大学京江学院本科毕业论文 22 蚀后铸轧 坯 金相组织 形貌 观察 匀化 退火前铸轧 坯 组织 （ a） 2