Al-Si合金的非平衡凝固機(jī)理研究.pdf

1、關(guān)于合金非平衡凝固機(jī)理的研究是凝固學(xué)研究領(lǐng)域的重要組成部分。大量研究表明，鑄造合金的熔體結(jié)構(gòu)對(duì)其非平衡凝固過程及組織都具有顯著影響，而熔體結(jié)構(gòu)又與過熱狀態(tài)有關(guān)。所以研究鑄造合金熔體的過熱狀態(tài)對(duì)其非平衡凝固機(jī)理的影響具有重要理論意義。Al-Si系鑄造合金在鋁基鑄造合金系列中占有非常重要的地位，本論文以共晶Al-Si合金為主要研究對(duì)象，結(jié)合亞共晶及過共晶Al-Si合金，在總結(jié)前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上結(jié)合DSC及金相法分析了Al-Si合金的熔體結(jié)

2、構(gòu)隨過熱狀態(tài)變化的規(guī)律。研究了不同過熱狀態(tài)及凝固速率條件下Al-Si合金在非平衡凝固過程中熔體結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，討論了過熱狀態(tài)及凝固速率對(duì)Al-Si合金非平衡凝固組織及共晶共生區(qū)的影響。目前由于在實(shí)際生產(chǎn)過程中很少采用改變?nèi)垠w過熱狀態(tài)的方法來達(dá)到改善合金凝固組織的目的，所以本論文研究對(duì)Al-Si系鑄造合金的實(shí)際生產(chǎn)也具有一定的實(shí)踐意義。
　　DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：共晶及過共晶Al-Si合金內(nèi)初生硅的析出效應(yīng)都隨過熱度的升高而逐漸增強(qiáng)。

3、過熱度對(duì)Al-Si合金內(nèi)各相初始凝固溫度的影響很小，而凝固焓變值隨過熱度的升高經(jīng)歷了由大變小再變大的過程。保溫時(shí)間對(duì)Al-Si合金內(nèi)各相初始凝固溫度的影響也很小，而凝固焓變值隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)經(jīng)歷了由小變大再變小的過程。凝固速率對(duì)Al-Si合金各初生相初始凝固溫度的影響較為顯著，而對(duì)共晶組織初始凝固溫度的影響很小，凝固焓變值則隨凝固速率的提高經(jīng)歷了先減小再增大的過程。隨著凝固速率的提高，合金的凝固逐漸由平衡過程向非平衡過程轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致凝

4、固機(jī)理方面的變化。
　　凝固組織形態(tài)研究表明：Al-7％Si合金隨著過熱度的升高，α(Al)枝晶形態(tài)逐漸規(guī)則化，共晶組織也逐漸呈完全離散狀分布。Al-12%Si合金在過熱度較低時(shí)凝固組織中出現(xiàn)了初生硅與α(Al)枝晶，在過熱度較高時(shí)這兩種組織逐漸消失。凝固組織中還出現(xiàn)了初生硅與α(Al)枝晶共存的暈圈現(xiàn)象。Al-20%Si合金凝固組織中的初生硅隨著過熱度的升高經(jīng)歷了由小尺寸多邊形狀轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟪叽缥灏晷菭钤倩貧w為小尺寸多邊形狀的變化。

5、過熱保溫對(duì)非平衡凝固組織的影響程度較弱且規(guī)律性不強(qiáng)。
　　理論及實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明：隨著過熱度的提高，Al-Si合金熔體逐漸均勻化。Al-Si合金熔體結(jié)構(gòu)參數(shù)在近共晶點(diǎn)成分處會(huì)發(fā)生反常突變，反映了熔體結(jié)構(gòu)由亞共晶向過共晶轉(zhuǎn)變的過程。Al-Si合金在液相線以上存在鋁、硅原子集團(tuán)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間。合金的熔體結(jié)構(gòu)會(huì)影響其非平衡凝固過程及凝固組織。亞共晶及共晶Al-Si合金熔體的結(jié)構(gòu)特征與純鋁類似，在低過熱度范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生基體鋁“收縮”的現(xiàn)

6、象。硅原子集團(tuán)對(duì)過共晶Al-Si合金熔體結(jié)構(gòu)的影響要大于其對(duì)亞共晶及共晶Al-Si合金熔體結(jié)構(gòu)的影響。
　　理論分析表明：過熱度對(duì)熔體內(nèi)原子間距影響較弱，但對(duì)原子配位數(shù)的影響較為顯著。鋁熔體在低過熱度范圍內(nèi)發(fā)生“收縮”的根本原因在于熔體在過熱初期會(huì)自發(fā)收縮以抵消體系由于體積膨脹而導(dǎo)致能量的增加效應(yīng)，與熔體內(nèi)氫含量的變化無關(guān)。Al-Si合金熔體內(nèi)原子團(tuán)簇的種類及數(shù)量因成分而異。成分與熔體內(nèi)原子間距及最近鄰原子配位數(shù)之間均呈復(fù)雜的非線

7、性關(guān)系。隨著成分的逐漸增大，在熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)成分與熔體內(nèi)原子間距及最近鄰原子配位數(shù)之間呈近似無規(guī)律的狀態(tài)，而在熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變區(qū)以外則呈現(xiàn)出一定的函數(shù)關(guān)系。
　　理論分析表明：過熱度會(huì)對(duì)合金共晶共生區(qū)產(chǎn)生影響，提高過熱度將使合金共晶共生區(qū)左右邊界擴(kuò)大，反之則縮小。隨著凝固速率的變化，Al-Si合金的非平衡凝固組織會(huì)出現(xiàn)顯著差異。共晶及過共晶Al-Si合金中易出現(xiàn)α(Al)依附于初生硅析出的暈圈組織。Al-Si合金共晶凝固機(jī)理將隨凝固