【摘 要】
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Al-Si系铸造合金因其耐磨耐蚀性好、热膨胀系数低、密度低、铸造性能良好等优点,广泛应用于汽车制造、航空航天、电子元件等领域。添加细化剂可以有效调控Al-Si系合金的晶粒组织,从而提高其机械性能。本文使用本课题组研制的Al-Ti-C-B晶种合金,该晶种合金中的陶瓷颗粒与Al-Si合金中的Si元素不会出现“Si中毒”现象,也不影响Al-10Sr的变质作用,进而实现了铸造Al-Si合金的晶粒细化及性能
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Al-Si系铸造合金因其耐磨耐蚀性好、热膨胀系数低、密度低、铸造性能良好等优点,广泛应用于汽车制造、航空航天、电子元件等领域。添加细化剂可以有效调控Al-Si系合金的晶粒组织,从而提高其机械性能。本文使用本课题组研制的Al-Ti-C-B晶种合金,该晶种合金中的陶瓷颗粒与Al-Si合金中的Si元素不会出现“Si中毒”现象,也不影响Al-10Sr的变质作用,进而实现了铸造Al-Si合金的晶粒细化及性能的提升。本文进一步利用TEM分析了 Al-Ti-C-B晶种合金中陶瓷颗粒与α-Al基体之间的晶体学位向关系,探索了 TiB2颗粒对Al-Si合金的细化行为及其机理。本文主要研究内容如下:（1）Al-Ti-C-B晶种合金对二元Al-Si合金晶粒细化效果的研究通过对不同Si含量的原始Al-Si合金与加入0.5 wt.%的Al-Ti-C-B晶种合金的Al-Si合金宏观腐蚀形貌进行对比,发现Si含量超过10 wt.%时,合金组织难以细化,但进一步提高Al-Ti-C-B晶种合金的加入量,具有良好的细化效果。Al-Ti-C-B晶种合金和Al-10Sr变质剂复合作用下,合金的晶粒尺寸仍偏向等轴晶状,相比于Al-Ti-C-B晶种合金单独作用,不但合金α-Al晶粒没有粗化,变质剂的加入还改变了合金基体上硅相形态与分布,有效预防了共晶硅对α-Al的切割,进一步改善了合金中组织的分布,保证了细化剂的细化效果,而且晶种合金中的B元素与合金中的Si元素、Sr元素未出现明显的毒化现象影响细化剂的细化作用,实现了对二元Al-Si合金组织的调控。（2）Al-Ti-C-B晶种合金中陶瓷颗粒对α-Al基体细化机理的研究利用边对边匹配模型（E2EM）预测了 TiB2颗粒与α-Al基体之间晶体学位向关系。结果表明TiB2颗粒与α-Al基体之间存在两种可能的位向关系,即（200）Al//（1011）TiB2,[011]Al//[1210]TiB2;（220）Al//（1120）TiB2,[112]Al//[1T00]TiB2。根据透射结果分析得出,Al-5Si合金中的TiB2颗粒与α-Al基体之间存在的位向关系与E2EM预测结果一致,证明了位于初生α-Al枝晶中心处的TiB2颗粒为初生α-Al基体的异质形核衬底。TiB2与α-Al基体之间良好的晶体学位向关系,使得α-Al易于在TiB2表面形核,显著提高形核率。Al-10Si合金中TiB2颗粒与α-Al界面处富集的Ti和Si结合形成Si3Ti5相,界面处Si富集并未导致细化失效,且Si富集和元素掺杂并没有影响界面处的晶格匹配关系。（3）Al-Ti-C-B晶种合金对Al-xSi-4Cu-0.5Mg(x=5\10\\10合金组织与性能影响的研究通过添加Al-Ti-C-B晶种合金的方式来优化Al-5Si-4Cu-0.5Mg合金、Al-10Si-4Cu-0.5Mg合金的组织与性能时,晶种合金的最优添加量分别为1wt%、1.5 wt%。Al-Ti-C-B晶种合金可以有效改善铸造Al-Si系合金中金属间化合物的形貌和分布,使得金属间化合物分布更加均匀。对合金进行力学性能测试,发现Al-5Si-4Cu-0.5Mg合金、Al-10Si-4Cu-0.5Mg合金的抗拉强度分别由331MPa、315MPa提升至360 MPa、389MPa,分别提高了 8.8%、23.2%。
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