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为了提高铸造Al-Si合金铸件的质量,对Al-Si合金的变质材料Al-Sr中间合金的制备、线材的连续铸挤成形工艺实验、细化变质机理以及新型Al-Ti-B-Sr中间合金等进行了一系列实验研究,获得了以下结果:
1.成功地制备了Al-Sr中间合金,提高了锶在熔炼过程中的吸收率,确定了Al-Sr中间合金变质剂的成分、锶加入熔体的温度、锶加入的方式以及熔体精炼剂类型等,并优化了制备Al-Sr中间合金变质剂的工艺参数。实验表明,要获得锶的高吸收率,锶最佳加入熔体温度为780~850℃,不能用含有卤化物精炼剂除渣除气,而应用干燥的氮气或惰性气体,锶以小块状压入熔体,加快锶的熔化速度,避免锶氧化。
2.连续铸挤工艺制备Al-Sr和Al-Ti-B-Sr合金线材,有利于晶粒的破碎,Al-Sr合金组织中,Al4Sr晶粒细小均匀,弥散分布,可提高变质效果;连续铸挤Al-Ti-B-Sr中间合金线材的显微组织中存在TiAl3、TiB2、Al4Sr等化合物,与直接铸锭Al-Ti-B-Sr中间合金中的TiAl3、TiB2、Al4Sr比较,化合物的形态细小且分布均匀。Al-Sr和Al-Ti-B-Sr合金线材的连续铸挤最佳工艺参数为:铸挤轮速度15r/min,冷却水流量5L/min,熔体浇注温度780~800℃,轮靴的合金间隙1~1.5mm。
3.变质剂Al-10Sr能将铸造铝硅合金中的硅相从粗大的针、片状转变成细小的纤维状,铝相也得到细化;对于ZL101合金,最佳变质工艺参数:变质剂加入量为0.4%、变质温度为760~780℃、变质时间在30min以上,最佳变质时间为1小时左右。
4.当加入0.4%连续铸挤的Al-5Ti-B-5Sr细化变质剂,使α-Al枝晶和共晶硅同时得到细化和变质,初生α-Al晶粒尺寸在80~120um之间,合金抗拉强度和延伸率与未细化变质相比,合金抗拉强度提高了29%左右,延伸率提高45%左右。
5.Al-Sr对ZL101合金的变质机理为游离态的Sr吸附在生长着的Si的表面,阻止了Si相按针片状方式生长,并使其产生孪晶,按TPRE(twinplanereentrantedge,孪晶面凹谷)机制生长,从而使共晶硅从粗大的针、片状转变为细小的纤维状。Al-5Ti-B-5Sr合金线材在细化α-Al晶粒同时,对共晶Si的变质有一定的促进作用,细化与变质互相促进。