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铸造AL-Si合金中稀土与硼的组织调控作用及对性能的影响

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摘要

第一章 绪论

1.1 铸造Al-Si合金概述

1.2 铸造Al-Si合金的细化处理

1.2.1 铝合金晶粒细化剂的研究进展

1.2.2 细化机理的研究现状

1.3 铸造Al-Si合金的变质

1.4 稀土元素在铸造Al-Si合金中的研究现状

1.4.1 稀土元素的细化作用

1.4.2 稀土元素的变质作用

1.5 硼元素在铸造Al-Si合金中作用的研究现状

1.6 研究意义

1.7 研究内容

第二章 实验过程与研究方法

2.1 实验原材料

2.2 实验设备及合金制备

2.2.1 合金熔炼与制备

2.2.2 合金凝固过程中的温度采集

2.2.3 合金凝固过程的液淬实验

2.3 测试与分析方法

2.3.1 微观组织分析

2.3.2 拉伸试验

2.3.3 DSC分析

2.3.4 XRD分析

第三章 Al-11Si合金中Ti、La、B、Sr的交互作用

3.1 合金铸态微观组织分析

3.2 合金凝固过程热分析

3.3 合金拉伸性能与断口形貌

3.4 分析与讨论

3.5 小结

第四章 La、B对铸造Al-Si合金中Si相的影响

4.1.1 Al-11Si合金

4.1.2 Al-14Si合金

4.1.3 Al-22Si合金

4.1.4 分析与讨论

4.2 La、B联合添加对Si相的影响

4.3 小结

第五章 LaB6在铸造Al-Si合金中的细化作用

5.1.1 铸态显微组织

5.1.2 铸态拉伸性能

5.2.1 Al-2La-1B中间合金的制备

5.2.2 Al-2La-1B中间合金对铸造Al-Si合金的细化作用

5.2.3 砂型铸造条件下Al-2La-1B中间合金对铸造Al-Si合金的细化作用

5.3 Ti的添加对Al-Si合金中LaB6的影响

5.4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间的学术成果

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摘要

本文以铸造Al-Si系合金为研究对象,通过添加微量稀土元素La和元素B,综合采用OM、SEM、TEM等组织观察、凝固过程热分析和拉伸测试等分析手段,探究La和B对合金微观组织及拉伸性能的影响。
  在Al-11Si合金中添加Ti、La、B及Sr四种元素,并改变元素的添加顺序,考察了Ti、La、B、Sr之间的交互作用对合金铸态组织及拉伸性能的影响。结果表明,在0.02wt.%Sr变质的Al-11Si合金中,进一步添加0.05wt.%B,会使共晶Si由细小的纤维状转变为粗大的板片状,Sr所引起的ⅡT机制被抑制,共晶Si以TPRE机制生长,即引起了Sr、B毒化。Ti可以解除Sr、B毒化,使得共晶Si生长由TPRE机制再次转变为ⅡT机制,共晶Si形貌相应地由粗大的板片状转变为细小、均匀的纤维状,从而显著提高合金的延伸率。La同样可以解除Sr、B毒化,只是这种解除毒化的作用还取决于元素的添加顺序,与此同时,La的添加还可以使合金的α-Al枝晶得到显著的细化。
  以近共晶及过共晶Al-Si合金为研究对象,考察了B单独添加及La、B联合添加对合金中Si相的影响。结果表明,在未经变质的Al-Si合金中添加B可以促进Si相的形核,并使得共晶Si中孪晶发生单方向的增殖,促进共晶Si的不断分枝,从而导致共晶区扩大,且使得共晶Si由粗大的片状转变为更为密集、细小的片状。LaB6相的密排面{110}与Si相的密排面{111}之间具有良好的晶体学位相关系,LaB6可能作为Si相的形核基底促进Si相的形核。LaB6相与富Fe相之间在多对原子面上均存在着良好的晶体学匹配关系,因而LaB6可能作为富Fe相的形核基底促进富Fe相的形核,进而富Fe相作为Si相的异质形核核心促进Si相的形核。
  利用熔体反应原位合成法,使用工业纯铝,Al-3B和Al-10La中间合金制备了Al-2La-1B中间合金。在金属型浇注的条件下,Al-2La-1B中间合金可以对Al-7Si、Al-11Si合金以及ZL101合金进行有效细化,但不能细化ZL101A合金;在砂型浇注的条件下,Al-2La-1B中间合金不能有效细化ZL101A合金,而能有效细化ZL104合金,并提升ZL104合金的铸态拉伸性能。在Al-11Si-1.2La-0.6B合金中添加足量的Ti,可以置换LaB6中的La而生成TiB2,La在随后的凝固过程中以富La化合物的形式析出。

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