Al-Ti-B&Er复合添加对A356铝合金组织和性能的影响

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在汽车制造业中采用A356铝合金生产轮毂,但该合金组织存在枝晶发达、共晶硅相粗大等问题,导致力学性能低下,严重制约工业应用。因此,优化A356合金组织、提升力学性能成为亟待解决的问题。晶粒细化、硅相变质是优化合金组织最简便有效的方法。本文选用自制的Al-Ti-B中间合金,通过与Er元素复合添加,细化变质A356合金组织。  在A356合金中添加不同含量的Al-Ti-B中间合金,研究在铸态和热处理条件下Al-Ti-B对A356铝合金的组织和力学性能的影响规律,并对其影响机理进行探讨。在Al-Ti-B最佳添加量的前提下,向A356合金添加不同含量的Er元素,研究复合添加后A356铝合金的初生α-Al枝晶的形貌与晶粒度、硅相的形貌与尺寸的变化,并研究其力学性能变化规律。在确定Al-Ti-B和Er最佳添加量后,研究Al-Ti-B&Er随在保温时间变化的细化衰退规律,及保温时间对Er变质效果的影响。在最佳保温时间下进行浇注温度实验,研究浇注温度对A356铝合金的初生α-Al枝晶、硅相的影响,确定Al-Ti-B&Er复合细化变质的工业应用体系。  采用光学显微镜、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDS)等分析方法评定细化变质效果、探究细化变质机理。最终得到Al-Ti-B添加量为0.2wt.%时,晶粒细化效果最好,平均二次枝晶臂间距最小为41.8μm,TiB2作为潜在形核颗粒,细化作用明显,随着Al-Ti-B在合金添加量增加,TiB2容易团聚、沉淀,细化效果下降。Er元素添加量为0.3wt.%时,共晶硅由针状和块状变质为颗粒状,其大小为1.21μm。稀土Er元素加入后,吸附在形核颗粒表面,一定程度上防止形核颗粒的沉淀,提升形核颗粒的形核效率,增强Al-Ti-B细化效果。经过Al-Ti-B&Er的复合添加后,A356合金的力学性能提升明显,抗拉强度最高可达291Mpa,延伸率可达12.5%。  在复合添加工业应用体系中,要达到最佳细化变质效果,保温时间要大于15min。此外,Er元素具有稀土元素的通性,可以减少TiB2颗粒的团聚沉淀,增加细化剂的抗衰退性,还具有长效性和响应时间快的优点。720℃时熔体结构发生变化,Si元素充分熔解且均匀分布,减少了较大的原子团簇,使得Er元素变质作用充分发挥出来,最佳的浇注温度应大于720℃。随着过热度增加,枝晶间距变化不大,Er元素增强了形核颗粒稳定性,在780℃高温下仍有很强的细化效果。
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