（机械工程专业论文）alsrb中间合金的制备及其效用评价的研究.pdf

中文摘要 a i - s r - b 中间合金的制备及其效用评价 工程硕士研究生：刘丽芳 指导老师：廖恒成教授赵祥伟高级工程师 ( 机械工程系) 摘要：铸造铝硅合金由于其良好的铸造性能成为铝合金铸造中使用最多、应用范围最广的一种合金 系。在铸造a 卜s i 合金中，加入s r 变质元素可改变共晶硅的形态与大小，可改善合金的力学性能， 特别是塑韧性得到大幅度的提高；加入a l - b 中间合金可显著细化枝晶，改变枝晶的形态与大小。在 本研究中选用a 卜3 b 中间合金、a 卜1 0 s t 中间合金和纯铝配制a l s r - b 中间合金作为晶粒细化变质 帮，制备了三种不同成分的a l u s r - b 中间合金，考察其对近共晶、亚共晶a 卜s i 合金以及纯铝的影 响。实验的结果表明，自行研制的a 卜s r b 中间合金对亚共晶和近共晶成分的a 卜s i 合金具有较强 的枝晶细化能力，同时共晶硅处于完全变质状态。 通过实验手段( s e m 、x i c d 、i c p 和e d x ) ，定性分析了自制a 1 - s r b 中间合金的主要化合物成分， 其形成的化合物相的形态与数量均与熔炼温度以及s r 与b 的比例有关。三种自制a i s r - b 中间合金 主要含有s r b e 相、a 1 t s r 相、a l b z 相、a - a l 相四种组织，但是由于其s r 与b 的比值不同因而其所含 组织的形态与数量也不同，其中m l 、1 1 2 中间合金组织特征相似，含有大量s r b e 相、a i b 。相，以及少 量a 1 4 s r 相，而m 3 中间合金则含有大量a l t s r 相，s r b 6 相与a l & 相则相对较少。实验的结果表明， 对a 卜1 1 6 s i 合金而言，枝晶硼细化效果最好的是比中间合金( a i 一2 3 8 s r 1 3 3 b ) ，船中间合 金( a l 一2 5 2 s r - 0 6 9 b ) 需要在高加入量的前提下才能显示出好的细化效果，m 中间合金 ( a i 一2 7 8 s r 一1 1 5 b ) 在少量加入时其细化效果比m 3 中问合金好，但加入量较高时却出现了s r 和b 互毒化行为，导致其细化效果还不如m 3 中间合金。共晶硅变质效果最好的是m 3 中间合金，依次分 别为m 2 中间合金，m l 中间合金。从中间合金细化变质的整体效用来看，m 2 中间含金具有最好的细 化变质效用，其次是m 3 中间舍金，面m 1 中间含金的整体效用最差，但适当控制m l 中问合金的加入 量，也能起到一定的细化变质功能。1 1 2 中间合金作为一种复合细化变质剂，既适用于近共晶a 1 - s i 合金( a i i i 6 s i 合金) 的细化变质，也可对亚共晶合金( z l l 0 1 合金) 具有较好的细化变质能力 由于a l b 2 不能作为工业纯铝的形核核心，制备的a 卜s r - b 中间合金不能细化纯铝 试验表明a 1 , s r 相的形态对变质效果起一定的影响，细针片状均匀分布的a 1 , s r 相对共晶硅具有 较好的变质效果。s r 、b 联合处理a 卜1 1 6 s i 合金时，若能控制s r 、b 含量，避开s r 、b 互毒化范 围，s r 能促进b 的细化作用，b 对s r 的变质作用也具有促进功能。 关键词：a l - s i 合金晶粒细化变质处理a l - s r 吨中间合金 s t u d yo nt h ep r e p a r a t i o na n de v a l u a t i o no fa i - s r - b m a s t e ra l l o y s b y ：l i ul i - f a n g s u p e r v i s e db y ：p r o f l i a oh e n g - c h e n gs e n i o re n g i n e e rz h a ox i a n g - w e i ( d e p a r t m e n to fm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g ，s o u t h e a s tu n i v e r s i t y ) a b s t r a c t ：a l s ic a s t i n ga l l o y sa r et h em o s tw i d e l yu s e da l u m i n i u ma l l o y sd u et oi t s g o o dc a s t a b i l i t y t h ea d d i t i o no fs ri na 1 一s ia l l o y sa sam o d i f i e rc o u l dc h a n g et h e m o r p h o l o g yo fe u t e c t i cs i l i c o na n dl e a dt oa ni m p r o v e m e n to ft h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s t h ea d d i t i o no fa 1 - bm a s t e ra l l o ya sas t r a i nr e f i n e rc o u l dr e f i n et h e m o r p h o l o g yo f t h ed e n d r i t i cap h a s e a l s r - bm a s t e ra l l o y s w i t h d i f f e r e n t r a t i o so f s ra n dbw e r ep r o d u c e di nt h i ss t u d y t h ei n f l u e n c eo fa d d i n ga 1 s r bm a s t e r a l l o y si na i 1 1 6 s ia n dz l i o ia n dp u r ea l u m i n u mw a si n v e s t i g a t e dw i t hr e s p e c t so f c h a n g eo f t h em o r p h o l o g i e so fd e n d r i t i c 口p h a s ea n de u t e c t i cs i l i c o n t h ec o n s t i t u t e sa n dm i c r o s t r u c t e rc o m p o u n do ft h ea l - s r - bm a s t e ra l l o y sw e r e a n a l y s e db ye x p e r i m e n t a lm e t h o d s ( s 酬，x r d ，i c pa n de d x ) t h em o r p h o l o g ya n da m o u n t o ft h ec o m p o u n d sw e r er e l a t e dt ot h er a t i oo fs ra n dba n dt e m p e r a t u r e a 1 lo fa i - s r - b m a s t e ra l l o y sh a v es r b bp h a s e ，a i s tp h a s e 。a 1 8 2p h a s ea n da a 1p h a s e t h e m i c r o s t r u c t e ra n dc o n s t i t u t e so fm 1m a s t e ra l l o y ( ( a i 一2 7 8 s r 一1 1 5 b ) a r et h es a m e a st h em 2m a s t e ra l l o y ( a i 一2 3 8 s r 1 3 3 b ) t h a th a dal a r g eq u a n t i t i e so fs r b 6p h a s e a n da 1 8 2p h a s ew h i l ef e wa h s rp h a s ei nt h e m m 3m a s t e ra l t o y ( a i 一2 5 2 s r - o 6 9 b ) h a dal a r g eq u a n t i t i e so fa i , s rp h a s ew h i l es r p h a s ea n da 1 p h a s ea r el e s st h a n g la n d 肥m a s t e ra l l o y t h er e s u l to ft e s t ss h o w st h a tt h em 2m a s t e ra l l o yh a dt h e s t r o n g e s tp o w e ro fr e f i n i n gd e n d r i t e s m 3m a s t e ra l l o y a l s oh a dt h es t r o n gp o w e r o fr e f i n e m e n t w i t hal a r g e ra d d i t i o nl e v e l s m 1m a s t e ra l l o yh a d t h eb e t t e r r e f i n e m e n tt h a nm 3m a s t e ra l l o yw i t hl o wl e v e lo fa d d i t i o n sb u tw o r s ew i t hh ig hl e v e l o fa d d i t i o n s i tw a st h o u g h tt h a tt h e r ew a sam u t u a lp o i s o n i n gp h e n o m e n o nb e t w e e n s ra n db m 3m a s t e ra l l o yw a st h eb e s t i nt h em o d i f i m e n to fe u t e c t i cs i l i c o n a n dm 2m a s t e ra l l o yb e t t e rt h a nm 3m a s t e ra l l o y t h ed e n d r i t i cap h a s ea n de u t e c t i c s i l i c o ni nb o t ha i 1 1 6 s ia l l o y sa n dz l i o ia l l o y sc o u l db em o d i f l e da n dr e f i n e d b ym 2m a s t e ra l l o y a 1 - s r - bm a s t e ra ll o yh a dn or e f i n e m e n ti np u r ea l u m i n a t h em o r p h o l o g yo fa i s rp h a s eh a di n f l u e n c eo nm o d i f y i n ge u t e c t i cs i l i c o n t h e p l a t e l i k eo ra c i c u l a ra 1 6 rp h a s eh a db e t t e rm o d i f y i n ge f f i c i e n c y s t r o n t i u m e n h a n c e st h ed e n d r i t er e f i n e m e n to fb o r o n t h es a m e ，b o r o ne n h a n c e st h em o d i f y i n g e f f i c i e n c yo fs t r o n t i u n i ti sc o n c l u e dt h a tt h ea 1 - s r - bm a s t e ra l t o yh a sav e r y s t r o n g p o w e r o f r e f i n i n gd e n d r i t ea n d m o d i f y i n g e u t e c t i c s i l i c o n i n a l 1 1 6 s ia l l o y s a n dz l i o ia l l o y s k e y w o r d ： l - s ia l l o y ，g r a i nr e f i n e m e n t ，m o d i f i c a t i o n ， a 1 - s r _ bm a s t e ra l l o y 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所里交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 7、 导师签名：孕她日期：硼7 、 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 纯铝是一种密度小、质地软的有色金属，是有色金属中应用最广泛的一种。而以铝为基加入不 同的合金元素可以大幅度提高其综合性能。铸造铝合金有a 1 - 5 i 系、a 1 - c u 系、a 1 - m g 系、a 卜z n 系、 a 卜r e 系等5 个系列。铸造a 卜s i 合金由于密度小、比强度高，同时具有优良的铸造性能、耐蚀性、 可焊性及热膨胀性，广泛用于交通运输工业、航空航天工业、汽车工业、仪器仪表工业、机械工业 及建筑材料工业等各行业，用来生产形状复杂、薄壁、耐蚀、气密性要求高、承受中高静载荷或冲 击载荷、或要求在较高温度下工作的大、中、小型铸件。在汽车工业中，降低能耗、提高能源利用 率、减少环境污染等要求驱使汽车轻量化。用铝、镁合金铸件代替钢铁铸件是必然的发展趋势。到 上世纪末，9 0 的进气管、传动箱及活塞等汽车零部件均采用铝合金铸造【l l 。据文献 1 介绍，至2 0 0 1 年，小汽车的总重量降低为8 0 0 k g ，其中钢铁零部件为2 0 0 k g ，铝合金零部件为2 7 5 k g ，镁合金增为 4 0 k g 。由于铝制汽车零部件的7 0 为铸件，因此铸造铝合金将有广泛的应用前景。a i - s i 合金由于其 良好的铸造性能和力学性能，占铝铸件8 5 - 9 0 口】，是铝基铸造合金中应用最广泛的一个系列。因而 a 卜s i 合金在汽车工业中将占有举足轻重的地位。德国生产的奥迪a 8 型全铝轿车被评为1 9 9 4 年全 世界重要科技成果1 0 0 项之一，就是一个很好的例证p j 。由此可见，对铸造铝硅合金的研究与应用 将继续得到发展。 虽然铸造铝合金具有广阔的应用前景，但许多重要用途如特种载重车、航空用铝合金构件多采 用变形铝合金，而不是铸造铝台金。随着现代工业的飞速发展，人们对铸件的可靠性等要求越来越 高，同时对铸造铝合金综合性能和特殊性能的要求也不断提高。在铸造a 卜s i 合金中，亚共晶类合 金( 6 - 7 s i ) 由于具有优良的强度和塑韧性而得到广泛的应用，但同共晶类铸造a l - s i 合金相比， 其成形性( 铸造性能) 欠佳。共晶类a 卜s i 合金( 近共晶成分) 的铸造性能优于亚共晶类铸造a 卜s i 合金，但共晶类a 卜s i 合金由于力学性能较差其应用受到了限制，特别是在一些需要承受较大静、 冲击载荷的高质量铸件上。因此对共晶类a 1 - s i 合金进行强韧性研究与开发是十分必要的，这必将 拓展该类合金的应用范围。 1 2a 1 - s i 合金的凝固组织特点 图1 1 是a 1 - s i 合金二元相图，a 1 - s i 合金具有简单的二元共晶相图。共晶温度为5 7 7 。c ，共 晶点的硅含量为1 2 6 m a s s 。o 相是硅溶于铝形成的同溶体，在共晶温度时硅的溶解度最大，为 1 6 5 ，而在室温时却非常小，只有o 0 5 ，o t 相具有良好的强度和韧性。b 相是铝溶于硅形成的固 溶体，由于其中铝的含量非常小，可以用硅来表示。它是一种硬而脆的组织，一般为多角状、薄片 状、针状或纤维状。当s i 量在1 6 5 - - 1 2 6 时，结晶过程先析出口相，到5 7 7 0 c 时，剩余合金液的成 分达到了共晶成分，析出( o + b ) 共晶体。当s i 含量大于1 2 6 时，结晶过程先析出b 相，到5 7 7 0 c 时，剩余合金液的成分同样达到了共晶成分，析出口+ p ) 共晶体。一般把共晶体中口相称为共晶s i 相。 东南大学工程硕士学位论文 图1 1a 1 一s i 二元相图 f i g 1 1p h a s ed i a g r a mo fb i n a r ya 1 - s ia l l o y 从相图中可以看出，在亚共晶范围内随着硅量的增加，结晶温度区间变小，s i 含量增加引起 呈树枝状的初生“相的量减少，共晶体的数量增加，流动性提高，缩松倾向减小。当成分在共晶点 附近时，合金具有极佳的流动性，而且不形成热裂，因而有利于铸造各种形状复杂及薄肇的铸件， 此时a 卜s i 合金具有最佳的铸造性能。在通常的铸造条件下，共晶类的a 卜s i 合金的凝同组织将出 现枝晶a + 初晶s i 颗粒+ ( a + s i ) 共晶体三者共存的混合组织 4 1 。亚共晶成分的a 卜s i 合金的铸态组 织是树枝状a 固溶体和共晶组织。过共晶成分的a 1 - s i 合金的铸态组织是共晶组织和多角形状的初 晶s i 。 无论是哪种a 卜s i 合金，如果组织中有粗大的初晶硅或粗大的针片状共晶硅，都会使a l - s i 合 金的力学性能下降。在工业生产中，含s i 量超过一定的数量的铸造a 1 - s i 合金通常都要经过变质 处理。变质处理的实质就是使共晶硅由粗大的针片状转变为细小的纤维状，从而显著的改善合金的 力学性能。当共晶s i 未变质时，a a 1 + s i “共生生长”以s i 相领先a - a l 相的模式进行，共晶硅 呈粗大的针片状形态。而经过加变质剂处理后，s i 相不再是领先相而是与。一a 1 相一起以平界面形 式耦合向前生长，共晶硅呈细小的纤维状，在共晶体内s i 相是相互连接的。在相对快的冷却条件 下，如激冷铸型a 卜s i 合金中共晶体细小且共晶硅同样呈变质的纤维状形态。借助现代研究手段， 人们发现激冷变质和变质剂变质的机理完全不同p 】。 自1 8 5 6 以来i ，j ，人们对a 1 s i 合金的研究就没有间断过。1 9 8 1 年f l o o da n dh u n t 【6 j 发现在未变 质合金中共晶体在突出凝崮前沿( 共晶生长前沿) 的初晶0 【枝晶上形核而形成共晶团，但在变质合金 中未发现此现象，说明形核受到了抑制，用此来解释变质合金较大的过冷。s h a n k a r 等【7 1 通过t a t 聊一s a d 对未变质的亚共晶a l - s i 合金的凝周过程进行了研究，认为b 一( a l ，s i ，f e ) 先于0 - a l + s i 共晶体在枝晶a 生长前沿的溶质场中形核( 即使合金中只含有微量的f e ) ，共晶s i 以这些 p 一( a 1 ，s i ，f e ) 颗粒为结晶核心，而共晶a 1 在共晶s i 上形核。山东大学边秀房教授等”】用高温x - r a y 衍射发现s r 的加入降低了液态a 1 - s i 合金中s i s i 共价键数，因而减少了s i 的晶核数目，从而导 致大的过冷。综观国内外对a 卜s i 合金共晶凝固过程的研究，可分为两种观点：一方认为共晶s i 的形核决定了共晶s i 的形貌，另一方则认为共晶s i 的形貌取决于它的生长动力学。目前此两种观 点是对立的，还无法统一。 2 第一章绪论 1 3a 1 - s i 合金熔体精炼处理 熔体精炼目的在于清除铝液中的气体和有害夹杂，防止在铸件中形成气孔和夹杂，因此熔体的 精炼处理是合金熔炼和质量控制的重要环节。铝合金绝大部分都在大气中熔炼，当铝液和炉气中的 0 2 和h 2 0 接触时，会发生化合、溶解和扩散等过程，其最终的反应产物大部分为a 1 2 0 3 和h 2 。a 1 2 0 3 化学稳定性高，熔点高达2 0 1 5 ，因此a 1 2 0 3 是铝合金铸件中最主要的氧化夹杂。在所处的炉气中， 只有氢能够大量溶于铝液中，氢在a l 合金中从液态到固态的饱和溶解度相差近1 9 倍j ，因此氢是 铸件中形成气孔的主要原因。s r 变质也容易使铸件形成针孔。 根据作用的机理不同【9 1 ，铝熔体精炼工艺可以分为吸附精练和非吸附精炼。吸附精炼依靠精炼 剂产生的吸附作用同时清除氧化夹杂及其表面依附的氢气，达到净化铝液的目的。最早铝液净化是 用c h 、c 2 c 1 6 或氯盐等处理铝液，c h 及c 2 c 1 6 除氢效果虽好，去夹杂物能力却较差，同时产生大量 有毒气体。因此精炼剂的发展过程也是取代氯盐除气的过程。惰性气体精炼，最大的优点是不对环 境造成污染，但去氢效果不佳。因此很长时间以来均是将c 1 2 。c c h ，s f 6 等与n 2 和a r 复合处理铝液【i ”。 此外还有溶剂法精炼和稀土精炼等方式。 1 4 铸造铝硅合金的变质处理 常用的铸造a 卜s i 合金中主要组成元素s i 的含量一般在5 _ 1 3 之间。铸造铝硅合金的变质处 理主要针对合金中的共晶s i 。未变质时，共晶s i 以粗大针片状形态出现，这导致合金的力学性能， 尤其是强韧性降低。变质处理的过程就是使共晶s i 由粗大针片状变成细小纤维状或层片状。到目前 为止发现具有变质作用的有碱金属中的k 、，碱土金属中的c a 、s r ，稀土元素中的e u 、l a 、c e 、 r e ，氮族元素s b 、b i ，氧族元素s 、t e 等等。上个世纪二十年代初，p a c z 发现，n a 和n a 盐加入到 熔融状态的a 1 - s i 合金后，可以使a 1 - s i 合金的铸态组织中的硅相由粗大的片状变为细小的纤维状， 这种硅晶体的细化现象就是现在所说的“变质”。在这以后，这种变质工艺在a 卜s i 合金铸件的生产 中得到广泛的应用。并取得十分显著的效果， 改变a 1 - s i 合金中的硅相的结构，一般有两种方法：( 1 ) 快速冷却，即用高的冷却速度来抑制 硅的生长；( 2 ) 添加变质元素，如n a 、s b 、s r 、r e 等。第二种方法后来在工业生产中得到了广泛的 应用。而加入变质元素的方法也有许多种，目前绝大多数采用中间合金的方式加入。变质已经成为 卜s i 合金铸件生产时熔体处理一道必要的工序。 1 4 1 变质机理 关于共晶硅变质的机理，由于人们研究与探索的角度不同，至今仍然是众说纷纭。变质机理主 要有两个方面：1 ) 共晶硅的形核受到了变质剂的抑制【6 1 5 1 4 】；2 ) 硅晶体生长受到了变质剂等的抑 制”1 ”。后者更为近年来的研究者所接受 1 9 - 2 2 。目前共晶硅的变质机理主要存在两种理论：即孪 晶凹谷机制( t p r e ) 和界面台阶机制，同时还存在其他一些假说。 在未变质的a 卜s i 合金中，共晶s i 呈粗大的板片状，具有 1 1 1 惯习面，生长速度缓慢时，具 有( 2 1 t ) 择优生长方向。片状共晶s i 存在两种分枝模型【1 “”j ：( 1 ) 大角度分枝，由 1 1 1 ) 孪晶系增值 所引起，每两个 1 l l 孪晶系间的夹角为7 0 5 3 0 ；( 2 ) 大部分共晶硅的分枝是小角度的，这类分枝有 两种方式。一为分裂机制，起源于共晶硅片上无规则的生长台阶；其二为重叠机制，和铸铁中石墨 的分枝极其相似，其共晶硅片的一部分在长大过程中产生很小的弯曲。图1 2 形象地描绘了片状共 晶s i 中的分枝行为。s h a m s u z z o h aa n dh o g a n ”1 从晶体几何学角度描绘了片状共晶s i 生长行为，见 图1 3 ，认为孪晶凹角沟槽机制( t p r e 机制) 是片状共晶s i 生长的最主要的机制。变质后，共晶硅 变为纤维状，呈多面长大，择优生长方向变为( 1 0 0 ，少量为 。共晶s i 晶体内含有高密度孪晶 或堆积层错【l5 “。这种复合孪晶决定了纤维状共晶硅的生长和分枝方式。 3 东南大学工程硕士学位论文 一 2 i1 】 图1 2 片状共晶s i 分枝示意图 f i g 1 2s c h e m a t i cs u m m a r yo fb r a n c h i n gi n s i l i c o nf l a k e 1 吕；蕃晴露i = = z ；产 ( b )( c ) 图1 3 未变质片状s i 晶体的位向关系吲： ( a ) 片状s i 孪晶小片( b ) 大角度7 0 5 。分棱( c ) 大角度1 0 9 5 。分枝 f i g 1 3o r i e n t a t i o nr e l a t i o n s h i p si nu n m o d i f i e da i - s ie u t e c t i c l 2 2 】：a ) i nat w i n n e ds i l i c o nf l a k e s e g m e n t ， ( b ) i nl a r g e a n g l e7 0 5 。b r a n c h i n g ，( c ) i nl a r g e a n g l e1 0 9 5 。b r a n c h i n g 1 李晶凹角沟槽机制( t p r e ) ： 该理论基于在共晶生长中s i 片的结晶前沿呈孪晶凹谷。n a 变质后，铝液中的n a 原子因选择吸 附而富集在孪晶凹角处，阻滞了硅原子或硅原子四面体的生长速度，使孪晶凹角生长机制受到抑制， 从而导致硅晶体生长形态的变化。其原因是孪晶凹角被阻塞，晶体生长时被迫改变方向，如沿( 1 0 0 ) 、 ( 1 l o ) 、 t m 2 。由表3 - 1 可以看出，s r 、b 的收得率显然是试样m 2 最高。其 次是h 1 ，然后是m 3 ，表明随着熔炼温度的升高s r 、b 的收锝率就降低。所制备的a 1 一s r - b 中间合金 中s r 、b 的含量非常重要，因为即使在相同的熔炼条件下，由于熔炼时s r 、b 的浓度不同则会得到 不同的s r 、b 化合反应产物，这关系到a l - s r b 中间合金对待处理的合金中的a - a l 相细化效果和 硅相的变质效果。 3 2a 1 一s r - b 中间合金物相x r d 分析 a 卜s r 吨中问合金中可能存在的相及其x - r a y 衍射强峰的峰值如表3 - 2 所示。 表3 - 2a 1 一s r - b 中间合金可能存在的相及其峰值 t a b l e3 - 2t h ep h a s ea n dp e a kv a l u ei na 1 一s r bm a s t e ra l l o y 1 6 第三章a i s r - b 中间合金的组织分析 2 ”e n 图3 1m 1 中间合金的x l i d 分析结果 f i g 3 1t h er e s u l t so fi l lm a s t e ra l l o yw i t h i d n t 图3 2 舵中间合金的x r d 分析结果 f i g 3 2t h er e s u l t so fm 2w a s t e ra l l o yw i t hx r d 图3 3 船中间合金的x r d 分析结果 f i g 3 3t h er e s u l t so fm 3m a s t e ra l l o yw i t h 1 7 东南大学工程硕士学位论文 三种中间合金的物相分析的x r d 谱蜂如图3 1 、3 2 和3 3 所示，其中图3 1 对应的是m 1 中间 合金( a 1 2 7 8 8 r - 1 1 5 b ) 的分析结果；图3 2 对应的是1 1 2 中问合金( a 1 2 3 8 8 r - 1 3 3 b ) 的分析结 果：图3 3 对应的是m 3 中间合金( a 1 2 5 2 8 r - 0 6 9 b ) 的分析结果。 从x r i ) 图谱中可以看出，上述的三种中间合金中主要存在的相与实验初期预铡的相同，主要有： a 1 & 相、a 1 s r 相、口一a 1 相、s r b 6 相等四种相。但是由于合金熔炼温度，熔炼时间不完全相同，导 致s r 、b 的烧损率不一样；合金中s r 、b 的含量不同，意味着合金的反应产物不完全相同，合金反 应产物的数量也不尽相同。图3 1 与图3 2 基本相同。从以上两图中可以看出，除n a 1 相外还 可能存在a 1 b ：相、a h s r 相、s r 相这三种相，特别是s r 相的峰比较明显。表3 2 中所列峰值基 本上在图3 1 与图3 2 中都已出现( 2 9 7 x ，2 4 2 4 ，2 1 0 8 ，l - 8 8 5 ，1 7 1 1 ，1 4 0 2 ，l - 3 3 2 ) 。 a 1 8 2 相最强峰2 0 3 x 和峰1 2 1 1 与n a 1 相的峰2 0 2 5 和峰1 2 2 2 重合，图3 1 和图3 2 中并未 出现a l b 2 的其它峰，但就此并不能推断组织中不存在a 1 b z 相。除a l b z 相、n a 1 相、s r 相外， 图3 1 与图3 2 中还存在a l ；s r 相，图3 1 中出现了峰4 1 6 6 与峰1 7 5 x ，而图3 2 中a l s r 相出 现了峰1 4 6 6 与峰1 4 9 x 。相对s r b 6 相而言，图3 1 与图3 2 中a l s r 相出现的峰要少得多。由 此可见，m l 中间合金与1 1 2 中间合金组织中除一a 1 相外，还可能存在a l b 2 、a 1 t s r 、s r b 6 三种组织， 并且m 中间合金中还可能存在一峰值为3 3 3 的未知组织，不过此组织仅出现一个峰。图3 3 与图 3 1 和图3 2 明显不同。主要表现在图3 1 和图3 2 中都存在的s r b 6 相峰明显减弱，而a l 。s r 相的 峰明显增多和增强，出现了3 1 5 6 、2 8 4 x 、2 7 3 x 、2 2 3 x 和1 3 7 x 峰。这表明鹳中间合金的 组织与1 1 2 中间合金、m 1 中间合金相比发生了显著的变化，具体来讲就是m 3 中间合金的组织中l l s r 相显著增多，而s r b 6 相显著减少。尽管从m 3 中间合金的x p & 图谱中不能肯定a l 相的存在，但同 样也不能排除这种相存在的可能性。 总之，从三种中间合金的x r d 图谱中可以的出如下结论： 1 m 1 中间合金与抛中间合金的x r d 图谱基本相同，因而m 1 中间合金与比中间合金的组织基 本相同。m 1 中间合金与m 2 中问合金的组织中除。一a 1 相外，还可能存在s r b 6 相、a l s r 相、a l b 2 相，两种合金中s r 相出现的峰明显比m s r 相出现的峰多，并且m l 中间合金中还可能存在一峰 值为3 3 3 的未知组织。 2 m 3 中间合金的x r d 图谱虽然与上述两种中间合金的x r i ) 图谱发生显著变化，表现为a 1 , s r 相 的峰增多、增强，而s r b 5 相的峰则明显减少，但m 3 中间合金的组织中同样可能存在口- a l 相、s r b 6 相、a 1 4 s r 相、a 1 8 2 相。 3 3a 1 s r _ b 中间合金金相组织的观察与分析 3 3 1m 1 中间合金( a 1 - 2 7 8 8 r 一1 1 5 b ) 的组织观察与分析 ( a ) 1 8 ( b ) 第三章a 1 s r - b 中同合金的组织分析 ( c ) ( e ) 图3 4h 1 中间合金的形貌 f i g 3 4t h em i c r o s t r u c t u r eo fh 1m a s t e ra l l o y m l 中闻合金的配斟：a 1 一l o s r ( 4 3 1 9 ) 、a i - 3 b ( 9 9 5 9 ) 、纯铝( 9 5 9 ) 。中间合金的配料计算是按照 s r 、b 的收得率为8 0 计算的。 图3 4 是m 中间合金的金相组织。图3 4 a 与图3 ，4 b 分别为光学显微镜与扫描电镜中观察到的 m 1 中间合金的整体特征，从圈中可以看出，基体上分布着大量的颗粒相，或团聚，或分散。图3 4 c 是分散块状颗粒相以及部分浅色块状颗粒相。图3 4 d 是高倍下团聚颗粒相从图中可以看出两者是 同一种组织。图3 4 e 是扫描电镜下观测到块状颗粒上附着的白亮相。图3 4 f 是光学显微镜下观察 到的短棒状相。图3 ，4 c 、d 、f 中观察到基体内有许多小黑点相。 由图3 4 可知，从形态上来看，1 中间合金主要有块状颗粒相、短棒状相、块状颗粒上附着的 白色细小颗粒相以及基体内的许多小黑点相。主要以块状颗粒相组织为主，有团聚状、分散的颗粒 楣，形态有大有小，颜色有深有浅。但是深色居多，浅色很少；有一定量短棒状相。主要呈团聚状， 分散状的比较少见；在扫描电镜下可见在块状颗粒上附着很多白色细小颗粒相；同时整个基体里在 光学显微镜下到处可见极其细小的小黑点。从数量上来看，m 1 中间合金中的块状颗粒相比较多。几 乎所有的块状颗粒上都附着白色细小颗粒相，短棒状相在数量上要比块状颗粒相少很多，但是也具 有一定数量，在光学显微镜下看到的小黑点的数量也极其多。 1 9 东南大学工程硕士学位论文 图3 5m 1 中间合金颗粒团聚物的能谱分析 f i g 3 5e n e r g yd i s p e r s i v ex m ) 7t r a c i n go f t h e p h a s ei nm im a s t e ra l l o y 图3 6m 1 中间合金中短棒状相的能谱分析 f i g 3 6e n e r g yd i s p e r s i v ex - - r a yt r a c i n go f t h e p h a s ei nm 1m a s t e ra l l o y 光学显微镜下观测到的大量小黑点与扫描电镜下观测到块状颗粒上附着的白亮相应是同一种 相，即s r b 6 相，因其极其细小，在高倍下图像很容易发生漂移，在扫描电镜下无法选中，由于实验 条件的限制，所以没有这种小黑点相的能谱分析。块状颗粒相由图3 5 能谱分析可知，其成分中含 有a l 、s r 、b 三种成分，根据已有的知识，这应该是并没有完全反应的a i b 2 相，其上附着大量细小 的s r b 6 相，所以能谱图中含有三种元素。浅色块状颗粒相可能是a 1 6 r 相。短棒状相由图3 6 能谱 分析可知为a i b 。相，此为完全反应后在凝固过程中结晶生成的a l l h 相，因而其形状与块状颗粒状不 一样，并且在其表面并没有附着白亮相。 由能谱分析可知，短棒状相应是a l b 2 相，而块状颗粒相则是没有反应完全的a 1 8 2 相，在块状颗 粒上附着的白色细小颗粒相以及基体内大量的小黑点则可能是s r b s 相。从m l 中间合金的x p , d 分析结 果来看，m 1 中间合金中主要含有s r b 6 相、h 1 s r 相、a l b 2 相、a - h i 相，其中a - h l 相、s r b 6 相的峰值 较多，a l s r 相的峰值相对较少，虽然a l b 2 相与a - h i 相有峰值重合，但并不排除含有a 1 & 相。其中， 并没有在扫描电镜下找到未完全反应的a 1 。s r 相。这可能是m 1 中间合金配料中s r 与b 的比值为4 3 ， b 的含量相对偏高，在反应过程中优先析出a l b 2 ，由于在熔炼过程中熔炼温度并不是很高，导致s r 、 b 的烧损率要低于预计值，溶液中s r 、b 反应浓度比较利于s r b 6 的析出，因而在m 1 中间合金中存在 大量的a 1 8 2 相和s r b , 相，这与m 1 中间合金的x r d 分析结果中s r b 。相的峰值较多是非常吻合的，同 时也说明了虽然a l b 2 相与a - a 1 相有峰值重合，但是m 1 中间合金中确实存在大量的a l b 。相。在能谱 2 0 第三章a i s r - b 中伺台金的组织分析 图中并没有找到未完全反应的a l 。s r 相，这可能是s r b 6 相的形成消耗了大噩的s r ，削弱了a 1 s r 相 的形成，所以没有找到未完全反应的a 1 。s r 相，当然这并不排除不存在反应不完全的a l t s r 相。因为 块状颗粒相周围有少量的浅色颗粒，由于在扫描电镜下无法分辨颜色的深浅，故没有其相应的能谱 图。受实验条件的限制，只能推断这种浅色颗粒相有可能为没有反应完全的a h s r 相，其数量相当 少，这与m 1 中间合金的x r d 结果中a 1 。s r 相的峰值较少也是相吻合的。 总之，m l 中间合金的x r d 结果与金相组织观察到的各类相的形态及数量基本吻合，同时与预测 的各类相的数量的多少也比较接近。 3 3 2m 2 中间合金( a 1 2 3 8 s r 一1 3 3 b ) 的组织观察与分析 ( a ) ( c ) ( e ) 2 l ( b ) ( f ) 东南大学t 程硕十学位论文 中间合金1 1 2 配料：a i l o s r ( 3 0 7 9 ) 、a 1 3 b ( 1 0 2 8 9 ) 、纯铝( 1 9 4 9 ) 。中间合金的配料是按照s r 、 b 的收得率为8 0 计算的。中间合金由于成分的不同，所以相的形态和数量都会有所区别。 图3 7 是1 1 2 中间合金的金相组织。图3 7 a 与图3 7 b 分别为光学显微镜与扫描电镜中观察到的 1 1 2 中间合金的整体特征。从整体上看，1 1 2 中间合金组织中存在大量的颗粒状相，与m 1 中间合金的 整体特征比较相似，不存在明显差别。图3 7 c 是低倍下观测到的块状颗粒相，图3 7 d 为高倍下块 状颗粒相，其中还清晰可见部分浅色块状颗粒相。图3 7 e 是扫描电镜f 观测到的块状颗粒上附着的 白亮相。图3 7 f 是扫描电镜下观察到的团聚短棒状相，3 7 9 为更高倍下的短棒状相，从图中可以 看出，其表面并没有附着白亮相。同样地，图3 7 c 、d 中观察到基体内有许多小黑点相。 由图3 7 可知，1 1 2 中间合金的组织形态与m 1 中间合金非常相似，同样含有块状颗粒相、短棒 状相、块状颗粒上附着的白色细小颗粒相以及基体内的许多小黑点相。虽然从形态上而言两者都是 以块状颗粒相组织为主，都存在团聚与分散的形态，颜色也有深有浅，但就金相组织观察而言，两 者各类相的数量还是存在异同点的。首先是块状颗粒相，整体上来看，两者差不多，但就浅色块状 颗