等轴晶形成条件下Al12Si中硅相组织与性能特点研究

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铸造铝硅合金具有密度低、比强度高、膨胀系数低、耐磨性高、抗腐蚀性强、铸造性能优良等优点,成为目前应用最广的铝合金之一,在汽车、航空、航海等领域使用越来越广泛。常规铸造合金的金相组织中存在针状的共晶硅和粗大且形状复杂的初晶硅,恶化了合金的性能。工业上,人们采用变质处理的方法来改善Si相的形貌,使其以有利的形状、较小的尺寸均匀分布在基体中。单一变质处理虽然可以改善合金的组织分布,但可能导致铸件无法满足高强度、高耐磨性的要求。因此,对铝合金熔体进行多种添加元素的复合变质处理,得到既有良好变质又有较好力学性能的综合效果,已经成为当今相关领域的重点研究目标。
　　本研究课题选择Al12Si近共晶合金作为研究对象,熔炼后,浇注至自行设计的模具,并在不同的冷却条件下制备不同混合稀土(RE)含量的Al12Si合金试样。通过拍摄显微金相组织照片、扫描电镜(SEM)分析、能谱分析等对RE含量不同的A112Si合金中Si相的形貌特点及其分布规律进行分析。通过布氏硬度和维氏硬度实验分析冷却速度和RE含量对合金力学性能的影响,系统研究了混合RE在铝合金熔体处理中的变质效果,并对其变质强化机理作了探讨。
　　最后,通过建立合适的数学物理模型,设定工艺条件,利用有限元分析软件对Al12Si合金铸件在凝固冷却过程中的温度场进行了数值模拟分析。
　　本论文研究表明:
　　三种冷却方式“空冷”、“水冷”、“模水冷”对铝硅合金中Si相的形貌特点以及分布规律的影响各具特点,并且影响合金的显微观硬度。
　　混合RE对Al12Si合金组织具有良好的细化变质效果,可以显著减小初晶硅尺寸,同时细化共晶硅。另外,RE使合金中Si相组织分布表现出更明显的规律性,且分布更为均匀。研究表明,在本课题实验条件下,当混合RE添加量为1.5％时,变质效果最佳。
　　通过凝固冷却过程中温度场的数值模拟,发现在铸件薄壁部位或型壁部位附近,存在明显的自退火效应。并且,利用金属型模具铸造时,在凝固初期,铸件不同部位的温度差异随着时间的增加,逐渐变小。

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作者
谢玲;
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作者单位

齐鲁工业大学;

山东轻工业学院;

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授予单位齐鲁工业大学;山东轻工业学院;
学科机械电子工程
授予学位硕士
导师姓名胡心平;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类轻金属铸造;
关键词
铝硅合金铸件; 等轴晶; 金相组织; 性能指标;

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