铸铝材料固溶处理

. . 设计型综合实验 实验论文 实验题目： 固溶处理对铸铝合金性能的影响 专 业： 金属材料工程 班 级： B130210 姓 名： 李星 学 号： B13021019 实验学时： 指导教师： 成 绩： 年 月 日 . . 固溶处理对铸铝合金性能的影响固溶处理对铸铝合金性能的影响 李星李星 西安工业大学北方信息工程学院 摘要：摘要：铸造铝硅合金是一种重要的合金材料，具有质量轻、强度高、耐磨耐蚀性好等优点，广泛应用于航空航天及汽车领 域，但其组织中常出现的粗大共晶硅组织对合金的力学性能具有严重的不利影响，因此需要对该组织进行变质及固溶处理。 稀土被认为是金属的“维他命” ，对铸造铝硅合金具有良好的变质作用。 铝合金通过控制加入 Si，Cu 的含量，使合金的综合性能都比较好。含硅和铜的铝合金的强化机制主要是固溶强化和沉淀强 化，一般在人工时效状态下使用。主要探讨了变质及固溶处理对铸造铝合金微观组织的影响，比较了固溶处理前（变质二） 和固溶处理后的组织性能变化。 本文以含硅和铜的铝合金为研究对象，以固溶处理为方法，采用组织观察(光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显 微镜)和金相组织分析相结合的方法对含硅铜的铝合金的强化性能进行了研究，主要研究内容和结果如下: (1)研究了固溶处理对合金微观组织的影响。通过对合金进行金相分析和透射电镜观察发现，热处理后合金中粗大的树 枝状的共晶硅形貌发生很大改变，共晶硅熔断并且被球化;强化相在固溶处理过程中溶解。这些形态的改变带来了包括合金 的抗拉强度、硬度和耐磨等性能都得到很大的提高。当固溶温度为 480，固溶时间为 4.5 小时时，第二相固溶基本完成， 而且合金中枝状的共晶硅被溶断并且被很好的球化。 关键词关键词 铸铝合金 固溶处理 变质 金相组织 . . 目录 摘要摘要 第一章绪论第一章绪论.3 1.1 铝合金分类及性能 .3 1.1.1 铸造铝合金 .3 1.1.2 变形铝合金 .5 1. 2 铸造铝硅合金的变质处理.6 1.2.1 变质剂的发展 .6 1.3 铸造铝硅合金的热处理.7 1.3.1 固溶处理 .7 1.3.2 时效处理 .7 1.4 本课题的研究意义 .8 第二章试验方案第二章试验方案 .8 2. 1 Al-Si-Cu 合金的制备.8 2.1.1 实验原料和熔炼设备.8 2.1.2 熔炼过程及加入的材料.9 2.1.3 固溶处理 .11 第三章固溶处理前后合金组织与性能的分析第三章固溶处理前后合金组织与性能的分析.12 3.1 Al-Si-Cu 合金的金相分析.12 3.1.1 未经固溶处理（即变质二）的 Al-Si-Cu 合金的金相分析:.12 3.1.2 固溶处理之后的金相组织图.15 第四章第四章 结论结论.16 参考文献 . . 第一章绪论第一章绪论 1.11.1 铝合金分类及性能铝合金分类及性能 1.1.1 铸造铝合金 铝在地壳中的含量仅次于氧和硅居于第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素，其空间点阵为面 心立方结构且没有同素异构转变，在化学元素周期表中为第 IIIA 主族元素，纯铝的密度较低为 2.699g/cm，其熔点为 660.24C，通常向纯铝中加入如 Mg, Si, Zn, Cu 等元素能得到性能更优的铝合金。 铝及铝合金由于具有质量轻、比强度和比刚度高、耐磨损、耐腐蚀、弹性好以及良好的加工成型性和可 再回收性等优点，已成为现代工业中应用最广泛的轻金属合金，日常生活中用到的餐具、手机等，汽车 上的轮毅、连杆等，军事上飞机的零部件均离不开铝及其合金的应用。如图 1. 1 所示，铝合金按加工方 法可以分为两大类，分别为形变铝合金和铸造铝合金，其中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，不可热处理强化型铝合金在生产中不能通过热处理来提高其力学性能，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 铝合金可以通过热处理手段如淬火和时效等来提高力学性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合 金等#。形变铝合金一般是经过熔炼铸成铸锭后，再经加工形成各种型材、管材及棒材等，因此，形变 铝合金要求具有良好的冷热加工性能，因而合金中合金元素的含量比较低，一般不超过极限溶解度(即图 1.1 中 B 点成分)。 相对于形变铝合金，合金元素含量较高的铸造铝合金根据其中合金元素的不同，可分为Al-Si 系、 Al-Cu 系、Al-Mg 系、Al-Zn 系及 Al-RE 系五类 5, Al-Cu 系合金是这五种铸造铝合金中力学性能最好的 合金系，其强度较高且还具有很好的耐热性能，因此广泛应用于汽车飞机上对强度及耐热性要求较高的 零件，但该类合金的铸造性能较差，在铸造过程中易产生疏松缩孔等缺陷导致其在使用时有发生热裂的 倾向，其耐蚀性也并不是很好，从而使其应用受到了限制;Al-Mg 系铝合金具有良好的耐蚀性能，其比重 小、强度高尤其是冲击强度较高，因而在承受冲击载荷及腐蚀环境下的零件上应用较为广泛，如氨用泵 体、舰船配件等，但是该类合金的铸造性能欠佳，铸造过程中也易形成一些缺陷，耐热性也比较低;Al- Zn 系铝合金在日常生活中的应用较为广泛，这主要是由于该类合金的综合性能不高，不及前面提及的 Al-Cu 系、Al-MR 系合金，但其铸造性能优良并且价格便宜，在汽车零件、拖拉机零件。钟表零件上该类 合金具有较好的应用;Al-RE 系铝合金是向铝中添加稀土后形成的，其在室温下力学性育拼不高，但在高 温下其性能并不会发生较大的降低，因此它主要应用在一些高温铸件(350-450)上。 图 1.1 铝合金分类 1-变形铝合金;2 铸造铝合金; 3-不能热处理强化的铝合金;4-可热处理强化的铝合金 . . 以 Si 为主要合金 rG 素，辅助添加 Mg, Cu 等元素的 Al-Si 系合金是铝合金中最重要的一种，它不仅 具有比其它传统铝合金质量更轻的优点，而且还具有良好的铸造性育断口力学性能，如高温强度高、耐 磨耐热性好、热膨胀系数低等匡一刃，在现代工业尤其是在以轻量化、高速、节能、低排放、舒适为发 展方向的汽车行业中有着广泛的应用，我国汽车工业处于迅速发展时期，其轻量化趋势也日益明显，1- I-S1 合金的需求正急剧增大。111-51 合金中主要的合金元素是 S1，而实际生产中该类合金中的其他元素 对于合金性能尤其是耐蚀、耐磨等性能也具有重要的影响，这些元素包括 Mg、fin; Cu、Mn; Ti, B, Sr、Fe, P,S 等，这其中的有些元素是根据使用需要而育意人为加入的，而另外一些如 Fe、P, S 等是在 熔炼制备过程中不可避免而混入的，一般对开合金的险能具有较为不利的影响。Si 是 Al-Si 合金组织中 的第三相，其含量的增加对于合金铸造性能的提高具有重要作用，而其硅相形态、大小及分布又影响着 合金的力学性能。从图 1-2 铝硅合金相图上可以知道，平衡状态下 Al-Si 合金共晶点所对应硅含量为 12.2%，实际生产上一般认为硅含量小于 8 肠时为亚共晶合金，硅含量在 8%-14%时为共晶合金，硅含量大 于 14%时为过共晶合金，一尽管在共晶点时 Si 含量能达到 12:2% ，但此时 Sl 在基体 AI 中的固溶度却仅 有 1,600 x 因而 S1 对合金 图 1-2 铝硅合金相图 的固溶强化作用有限，S 一般也不与合金中的其他元素形成化合物，其在合金中一般以固溶体的形式存在。 在 S 含量相对较少的亚共晶及共晶 Al-Si 合金中，S 的存在使得合金拥有良好的流动性，铸造过程中合金 也不易产生缺陷，而在 Si 含量较高的过共晶 Al-Si 合金组织中不仅育和亚共晶及共晶 Al-Si 合金中形貌 相近的 Al-Si 共晶体，还有呈板条状的初晶硅存在，它对开合金基体具有严重的割裂作用，使得合金的 切削加工性能变差，一般可以通过热处理改变初晶硅的形态，从而改善合金的力学性能。 Mg 和 Cu 是 Al-Si 合金中主要的强化元素，它们不仅能起到固溶强化的作用，而且在 Al-S 合金中还 能形成弥散分布的第止相，如 Mg 与 S 形成 Mg 多 i 及u 与 A1 形成 A12u，这些第三相的存在使得合金通 过第二相弥散强化作用而强度得以提高，然而此时合金的塑性却有所降低。譬如在 Al-Si 合金中，当合 金中 Cu 含量较高时(大于 5.500)，尽管经过固溶热处理，合金中却仍会有未溶的 A1zCu 脆性相存在，造 成了合金的塑性较低，因而一般情况下 Al-Si 合金中 Cu 的含量均在 4.5%以下。Zn 也是 Al-Si 合金中常 见的一种添加合金元素，由于其本身较为优良的塑性，它的存在能降低合金的脆性，譬如在含铜 Al-Si 合金中添加 Zn 元素不仅能提高合金的塑性，还能增加 Cu 元素的溶解度及溶解速度。Al-Si 合金中微量的 Ti,B 等元素一般是作为细化剂而加入的，这主要是因为当合金中含有 Ti, B 时，它们能形成细小的 TiA13 或 TB 等金属间化合物，这些细小的金属间化合物由于熔点较高，且大小与硅相近，因而在合金凝 固过程中能作为外来晶核使其发生异质形核来细化合金组织llo Fe 的存在一般对 Al-S 合金的组织及 . . 性能具有不利影响，当合金中 Fe 含量达到 0.2%时，它育屿合金中的其它元素如 Ah Si 等形成化合物，如 较常见的一种化合物 A19SiFe:在合金组织中一般是以针状的形式存在，部分还插入基体中，对基体组织 具有严重的割裂作用，使得合金的性能急剧下降，所以在实际生产中一般要严格控制 Fe 元素的含 1310 RE 在 Al-Si 合金中一般是起变质作用，除此以外还有除气去渣的作用，这方面的相关内容在后文中将会 作重点介绍。 1.1.21.1.2 变形铝合金变形铝合金 变形铝合金与铸造铝合金不同之处在于，变性铝合金是经熔炼铸成铸锭后，再经加工形成各种型材、 棒材、管材和板材。因此，要求合金具备优良的冷、热加工工艺性能，组织中不允许有过多的脆性第二 相。所以变形铝合金中合金元素含量比较低，一般不超过极限溶解度 B 点成分(图 1.1)。常用变形铝合金 中合金元素总量小于 5%，但在高强度变形铝合金中可达 8%-14%。变形铝合金通过挤压、轧制、锻造等手 段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的强度、优良的韧性以及良好的使用性能。 但是对设备和工装模具要求高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本很高变形铝合金按其成分和 性能特点又可分为不能热处理强化铝合金和可热处理强化铝合金。不能热处理强化铝合金的合金元素含 量小于状态图中(图 1.1) D 点成分的合金，其中还包括一些热处理强化效果不明显的合金。这类合金由 于具备良好的抗蚀性，故称为防锈铝。可热处理强化铝合金的合金元素含量比防锈铝高一些，成分相应 于状态图(图 1.1)中 B 与 D 之间的合金，这类铝合金通过热处理能显著提高力学性能。此类铝合金包括硬 铝、锻铝和超硬铝 铝合金的分类及性能特点列于表 1.2 . . 1.1. 2 2 铸造铝硅合金的变质处理铸造铝硅合金的变质处理 1.2.1 变质剂的发展 铸造铝硅合金在常规铸造条件下其组织中共晶硅一般呈现大量的板条状或者针状形式，并且当硅含 量增加至共晶点以上时，合金中还会有块状或板状的初晶硅出现，创门严重的割裂了基体组织而使得合 金的力学性能显著降低，同时也使合金的切削加工性能恶化。因此采取适当的措施来改变铸造铝硅合金 中初晶硅和共晶硅的形貌、尺寸及分布是铝硅合金生产制备过程中的一道关键工艺步骤，目前对铝硅合 金组织进行改善的方法有添加化学元素 14淬火、外加磁场及过热处理等，其中添加化学元素是较为常 见的方法。 1920 年法国科学家在制备铝硅合金时发现，向铝硅熔液中加入少量钠盐后合金组织明显变细，从而 得出钠盐对于铸造铝硅台金具郁良好的变质作用24，而钠盐变质剂也在随后的相当一段时间内成为铝 硅合金系的主要变质剂。在钠盐被发现可以作为变质剂后，其他各国科学家相继发现 K, Sr; P; Sb, Ba, B 等元素也可作为变质剂而在铝硅合金中得以使用，不仅如此，现代生产中的变质剂己从单一变质转为复 合变质。我国变质剂发展起步较晚，始于 20 世纪 80 年代末，而随后我国的变质剂发展较为迅速 X30， 20 世纪 90 年代后我国各铝合金生产企业已广泛采用变质剂进行铝合金的生产制备，并且国产变质剂也在 市场上占据了一定的份额。下面介绍几种主要的变质剂： 1.钠(Na )变质剂 钠变质剂是最早使用的变质剂，它一般是以钠盐(如 NaCl+NaF+Na3AIF6)的形式加入。 钠盐变质剂在较长一段时间内作为主要的变质剂广泛应用于铝硅合金的变质处理上，这是因为钠盐变质 剂的变质作用较强，在铝硅合金中加入少量的钠盐后，合金中的共晶硅形貌能发生显著的改善，即由粗 大的板条状或针状转变为细小的纤维状32。不仅如此，钠盐变质剂的变质作用对冷却速度不敏感，因 此对铸造的条件也没有要求，适合于包括砂型铸造及金属型铸造等各种铸造形式，其变质也没有潜伏期， 实际生产中使用很方便。然而钠盐变质剂也有其缺点，这包括它的变质时间不长，一般仅为 0.5-1h，因 此对于大批量的连续生产，钠盐变质剂的使用受到了限制，而且由于钠盐具有较强的挥发性，在使用中 会对熔炼堪竭及其他设备造成腐蚀作用，针对于此尽管人们采取了各种处理方法，但钠盐变质剂的缺点 只能部分得以解决33 2.磷(P)变质剂 磷是目前变质过共晶铝硅合金初晶硅的主要元素，实际生产中它一般以单质赤磷、磷盐或 Cu-P 中间 合金的形式加入，磷之所以能很好的变质初晶硅组织主要是因为在合金中加入磷后能形成 AIP 化合物， 这种化合物熔点高，能达到 1000C，而且在点阵类型上与 Si 相同均为金刚石结构且点阵常数相近，在冷 却阶段它能作为形核质点从而起到异质形核的作用，使得初晶硅的尺寸减小34磷对铝硅合金初晶硅的 变质作用还具有重熔长效性的特点，变质数小时及重熔 4 次后仍具有较好的变质作用，然而磷变质也具 有一些缺点:如由于磷的燃点很低(只有 240 )，除在运输过程中不安全外，在变质时也容易产生大量烟 雾，影响车间工作条件并污染环境。 3.稀土类变质剂 稀土元素由元素周期表中位于 111B 族的斓系元素及与斓系元素性能相近的抗、忆等 17 个元素组成， 由于其独特的电子结构，稀土元素一般化学性质较为活泼，在常温下长时间放置会发生氧化现象。自上 世纪 30 年代开始，国外就开始研究稀土元素对铝合金的变质作用，现已研究得出稀土中的 La, Cc, Y, Yb, S。等元素对铝合金具有较好的变质作用，如今稀土元素在铝合金中的应用也较为广泛。 铝合金若未进行变质处理，尽管有细化剂和精炼剂的细化精炼作用，但共晶硅组织仍然较为粗大而 明显的杂乱分布在铝基体上，然而当以单质、氯化物或中间合金的形式加入少量稀土后，可以发现合金 组织得到明显细化，合金性能也显著提高。有文献研究了在 ZL101A 合金中加入 0.4wt.%Y 后，合金中初 . . 生 a-Al 晶粒变得细小均匀，二次枝晶间距 DAS 减小，共晶硅也由粗大的板条状变为纤维状，此时合金抗 拉强度和延伸率能分别达到 298MPa 和 9.5%，相对于未变质合金分别提高了 30%和 22%54。在过共晶 Al- 18%Si 合金中加入稀土 Cc 后，当 Cc 含量小于 LOwt.%时，合金中初晶硅尺寸随 Cc 含量的增加而逐渐 减小，共晶硅呈现细小颗粒状的区域逐渐增多，变质效果越来越明显X55。然而稀土元素的变质作用并 不是含量越多越有效，稀土在铝合金中的固溶度很小，一般加入后存在于合金晶界处，当其含量较多时， 其会与合金中的其它元素形成一些化合物，这些化合物一般呈针状并杂乱的分布于合金基体上，对于合 金的组织及性能均有伤害作用。 1.31.3 铸造铝硅合金的热处理铸造铝硅合金的热处理 铸造铝硅合金包含种如 ZL101 合金的可热处理强化的铝合金，热处理后的铸造铝硅合金 一般强度和韧性均有不同程度的提高r81。一般铸造铝硅合金热处理工艺包括固溶和时效两个步骤，具 体的工艺参数有固溶温度、固溶时间、淬火介质温度、时效温度及时效时间。 1.3.1 固溶处理 固溶处理又称为淬火处理，是指将铝合金加热到一定温度使 f合金中的第二相最大程度地溶于固溶 体中，然后将其迅速放入淬火介质中而得以较快的速度冷却，冷却速度应快于固溶体中第二相的析出速 度以获 f过饱和固溶体。固溶处理是有色金属合金热处理的第一个关键步骤，它一般是为随后的时效过 程做准备，由于在固溶处理阶段第二相基本全部溶入到固溶体中，因而合金的塑性和耐蚀性会显著增加， 而合金强度大多数有下降趋势。 固溶处理温度、保温时间及冷却速度是固溶处理阶段的重要参数。由于铝合金中合金元素的固溶度 随温度的升高而增加，因而一般说来，固溶处理温度越高、保温时间越长，合金中第二相的溶解会越充 分，合金元素的分布也越均匀，晶格中空位浓度也越大，这样就为时效阶段从微观组织上做了更好的准 备。然而当固溶处理温度过高而超过合金共晶温度以上时，会造成合金发生过烧的现象，合金晶粒尺寸 也会明显增大，保温时间过长同样如此。因此，通常情况下热处理时要求提高固溶处理温度及保温时间， 尽可能提高至共晶温度附近，但不能发生过烧。冷却速度是由固溶加热、保温完后的淬火介质决定的， 之所以要进行淬火处理是因为淬火处理可使加热阶段的过饱和固溶体能保留到室温，为后续的时效处理 做好组织准备。冷却速度过慢时，过饱和固溶体在冷却至室温前就已经开始发生分解，同时合金中空位 浓度也会发生下降，造成后续的时效处理效果降低。然而冷却速度也并不是越快越好，当冷却速度过快 时，合金中会形成较大的内应力，对于塑性较差的合金来说，淬火完后发生开裂的倾向也增大。 综上所述，固溶处理的目的主要有三个:合金中第二析出相的溶解以形成过饱和固溶体;铸件合金元 素的均匀化;为后续的时效工序做准备。 1.3.2 时效处理 固溶(或淬火)得到的过饱和固溶体是不平衡相，即使在常温下它也处于不平衡状态，有自发析出溶 质原子或第二相的趋势。在常温下这种自发过程进行的比较慢，而且第二相的析出并不充分，一般将这 种析出过程称为自然时效。而当该过程在温度较高的条件下进行时，由于原子动能增加，第二相析出比 较快且较为充分，该过程称为人工时效。 由于时效过程中有第二相粒子的析出，故而时效处理是铝合金强化的一种方式。时效处理不仅与合 金的化学成分有关，还与时效工艺及合金中存在的空位、位错等缺陷有关。铝合金在固溶淬火处理后， 合金中的空位被保留下来，进行时效处理时，由于过饱和固溶体处于不稳定状态而第二相将发生析出。 时效处理是溶质原子偏聚的过程，而空位的存在加速了溶质原子的扩散，促进了该过程的发生。 时效处理一般能提高铝合金的强度及硬度，而合金的塑性及耐蚀性能会有所下降。 . . 关于热处理对铝合金力学性能的影响，不少科研工作者已展开了相应的研究，如关于热处理过程中 时效工艺对铝合金组织性能的影响，郑州大学的陈旷与河南三门峡戴卡轮毅有限公司合作s6，通过试 验得到了 A356 铝合金双级时效工艺中低温时效工艺的优化参数:低温时效 1100CXlh 再高温时效。双级时 效后进行涂装热处理，A356 合金的抗拉强度提高了 39%达到 310MPa，屈服强度提高了 11%达到 250MPa， 而延伸率保持在 1012%左右;北京有色冶金设计研究总院的李友川等网在铸造铝合金轮毅热处理参数选 择及其设备中提到了 T6 工艺中淬火停留时间对铝硅镁合金人工时效的影响，通过试验他得出停留时间 在 12h 之内时，合金的硬度迅速增加，由原来的 80HB 提高到了 97HB，停留时间延长至 12-28h 时，合金 硬度迅速降 低，由 97HB 降为 70HB，因此合理控制及选择固溶及时效参数对于提高铝合金的力学性能具有重要的意义。 另外，湖南长沙粉末冶金国家重点实验室的刘红卫 ass还研究了强化固溶对铝合金组织和性能的影 响，文中合金常规的固溶处理条件为 5000C X2h，强化固溶处理的条件为自由升温至 490C，再以 5C /h 的速度升至 5070C，保温 20min，冷水淬火，时效采用 1600CX18h 工艺，采用常规固溶处理的合金抗拉强 度及屈服强度分别为 483MPa 和 414MPa，而采用强化固溶处理的合金抗拉强度及屈服强度分别可提高至 531MPa 和 471MPa，该文认为强化固溶能够减小和消除合金中粗大的第二相，使合金组织更加匀匀，从而 提高了合金的力学性能;中信戴卡轮毅集团的刘宏磊、许斌s9对低压铸造 A356.2 铝合金轮毅进行固溶 后分别人工时效 24h 和自然时效 48 h，力学性能测试结果表明，自然时效 48 h 热处理后比人工时效 24h 热处理后的屈服强度降低了 200/o-30%，抗拉强度降低了 5%-10%，硬度降低了 10%-20%，伸长率提高了 70%-100%,自然时效比人工时效更能满足生产所需的力学性能要求，因此在对铝合金进行热处理时除合理 控制选择固溶时效具体参数值外，还需考虑合金相应的固溶及时效方式。 1.41.4 本课题的研究意义本课题的研究意义 铝及铝合金由于具有质量轻、比强度和比刚度高、耐磨损、耐腐蚀、弹性好以及良好的加工成型性 和可再回收性等优点，已成为现代工业中应用最广泛的轻金属合金，而以 Si 为主要合金元素并辅助添加 Mg, Cu 等元素的铝硅合金系是铝合金中最重要的一种，它不仅具有比其它传统铝合金质量更轻的优点， 而且还具有良好的铸造性能和力学性能，如高温强度高、耐磨耐热性好、热膨胀系数低等，在现代工业 尤其是在以轻量化、高速、节能、低排放、舒适为发展方向的汽车行业中具有广泛的应用，我国汽车工 业正处于迅速发展时期，其轻量化趋势也日益明显，铝硅合金的需求也会增大。 第二章试验方案第二章试验方案 2.2. 1 1 Al-Si-CuAl-Si-Cu 合金的制备合金的制备 Al-Si-Cu 合金的制备包括熔炼和铸造两个重要工序。其中合金的熔炼是获得优质铸 锭的关键。它包括熔炼工艺的编制、配料计算、熔炼设备、工具的选择和准备及辅助材料的准备、去气 除渣等熔炼过程的控制、变质处理、炉前分析、检查等内容，目的是要获得化学成分合格、氧化夹杂少、 不产生气孔、疏松、夹杂等缺陷的铸件。 2.1.1 实验原料和熔炼设备 配料：2 份 1.5kg 原料。 每份含 14%Si，3.5%Cu。计算可得：520g 纯 Al，875gAl-24Si，105gAl-50Cu。 . . 加热炉：温度加热至 750 2.1.22.1.2 熔炼过程及加入的材料熔炼过程及加入的材料 过程一：原料+精炼剂（六氯乙烷） 过程二：过程一+变质剂一（0.2%P） 过程三：过程二+变质剂二（0.4%稀土） 变质二过程图 变质二图 a . . 变质二图 b 变质二图 c . . 炉料装好后，升温熔化炉料，等炉料全部熔化后，除净熔渣，加入熔剂。当温度达到 750时，将精 炼剂压入到熔液当中，并缓慢回转和移动，直至无气泡，对合金液进行精炼，精炼时间为 1 0min。待精 炼反应完后，静置 2min。然后用变质剂一二分别进行变质处理，变质时间为 15min。当温度达到 750时， 扒渣出炉，分别将合金液浇铸到铸型中。 2.1.3 固溶处理 1)加热炉子至 480. (2)等待变质二的铝棒冷却之后，截取一段，用铁丝悬挂放入 480的炉子中，使铝棒不碰触炉壁。 (3)480下，保温 4.5 小时。 . . (4)打开炉子，快速取出铝棒（取出时间=20S） ，放入准备好的室温自来水中冷却。 (5)用#240-#2000 不等的砂纸，进行磨金相，磨至无划痕如镜面后，进行抛光。 (6)用电镜拍照 第三章固溶处理前后合金组织与性能的分析第三章固溶处理前后合金组织与性能的分析 合金的各项性能与合金的微观组织有着直接的联系，通过分析合金的微观组织可以使合金在不同热 处理条件下的性能好坏得到进一步的验证。本章通过对固溶处理前后合金进行金相分析、透射电镜观察， 解释了热处理对合金性能产生较大影响的原因。 3.13.1 Al-Si-CuAl-Si-Cu 合金的金相分析合金的金相分析 3.1.1 未经固溶处理（即变质二）的 Al-Si-Cu 合金的金相分析: 此时合金化学成分：Al，0.2wt%P，0.4wt%稀土 . . c d . . 图 3-1 为不同放大倍数的金相图 从图中可以看出，合金相均为树枝状结构，共晶硅杂乱分布在基体上，树枝状结构并不是很发达， 位置和方向比较凌乱。当添加 P,稀土对合金进行变质后，树枝状结构数量增多且趋于均匀分布。稀土磷 的变质机理概括起来有两方面，一是影响形核，另一方面就是影响晶粒长大。稀土对合金的变质作用并 不是在很宽的冷却速度范围内都具有较好的效果，它是一种对冷却速度敏感性较强的变质元素，只有当 合金的冷却速度较大时，才能发挥其很好的细化作用。 . . 3.1.2 固溶处理之后的金相组织图 c . . 图 3-2 不同放大倍数下合金金相图 如图 3-2 所示，固溶过程中由于合金元素先溶于固溶体中然后再发生析出，组织中共晶体先发生熔 断然后再从过饱和固溶体中析出，可以发现共晶硅弥散分布，并呈细小均匀的球化状态。固溶处理后合 金组织中共晶硅被球化，塑性较好。 第第 4 4 章章结论结论 本文通过向 Al-Si-Cu 铸造合金添加磷稀土变质剂及和经过固溶处理后比较。取得的研究结果如下: (1) 磷和稀土对 Al-Si-Cu 铸造合金具有良好的变质作用。由凌乱无规律性逐渐变得均匀规则，二次枝 晶间距减小。 (2)固溶处理结果表明，合金组织中共晶硅被球化，经 480固溶 4.5 h 后合金强度和硬度的显著提高， 与 cu 相溶解产生的固溶强化密不可分。同时，固溶处理过程中析出相的溶解和共晶硅相的圆整化使合金 的韧性提高。在 Al-Si-Cu 固溶处理过程中，合金力学性能的提高主要来源于共晶硅相形貌的改善、析出 相溶解引起的的固溶强化以及组织的均匀化。 （3）固溶处理之后的金相组织图显示，形貌不够完全。产生原因可能是，铝棒出炉时间过长，超过 20s。 . . 参 考 文 献 1 Zhang L, Jiang Y, Ma Z, et al. 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