固液化合冶炼铸造新型铝合金型材的微观组织构建.docVIP

　　固液化合冶炼铸造新型金材的构建 　　摘要：1试验方法组织细化是提高材料强度和塑韧性的重要手段之一，是改善铝材性能的重要途径。目前，采用的细化组织的方法有很多种，如快速凝固、变质处理，孕育处理，半固态加工等。 　　1试验方法 　　组织细化是提高材料强度和塑韧性的重要手段之一，是改善铝材性能的重要途径。目前，采用的细化组织的方法有很多种，如快速凝固、变质处理，孕育处理，半固态加工等。在快速凝固条件下获得的晶态材料的微观组织及性能与常规条件下相比发生了很多变化，如形成亚稳相等。如果冷却速度极大，亚稳相受抑制，结果会形成非晶相。经过变质处理、孕育处理后，使得初晶α－Al由粗大树枝晶变为细小等轴晶，使合金各向同性，而且还具有以下作用：改善合金的补缩能力，使组织致密；使第二相枝晶细小，且分布均匀，有利于抑制或减轻宏观偏析、羽毛状晶、浮游晶和粗大金属间化合物的生成。陈振华教授提出来的一种新的制备微晶合金的方法：即在过热合金熔体中加入大量同种合金粉末或润湿性好的异种合金粉末，强烈均匀搅拌，然后进行铸造或各种热加工的一种材料制备工艺。这项技术既有半固态铸造中搅拌破碎枝晶、球化晶粒等优点，又有喷射沉积快速凝固的优点，同时还是金属熔铸过程中变质处理和加入细化剂细化晶粒技术的一大突破，是制备微晶合金新材料的制备技术。固液混合铸造技术经过几年的研究，已得到了初步应用。在这以前已经用固液混合铸造制备了Al－Si，Al－Cr，Al－Mn合金，由固液混合铸造得到的这些合金的显微组织明显比普通铸造和半固态铸造得到的细小。 　　铝合金的含铜量不能超过5.5％，否则，会有较多的共晶及过共晶脆性相金属间化合物θ－CuAl2产生，含铜量越高，组织中的CuAl2越多，导致合金脆化。 　　过共晶Al－Cu合金在一般铸造条件下，生成比较粗大的第二相，该相不仅起不到强化基体作用，反而会成为材料的缺陷。本试验选用Al－Cu二元合金作为试验材料，目的在于用一种新的加工工艺―――固液混合铸造细化Al－Cu合金的第二相。通过对不同加工方法（普通铸造、半固态加工、固液混合铸造）的显微组织进行分析，研究该工艺细化组织的机理。 　　将经过除气、精练后的Al－40％Cu合金在过热度为50～100K条件下，加入合金总量20％的Al－20％Cu合金粉末。在惰性气体保护下，边加入粉末边用机械搅拌(国内搅拌站的发展方向)装置强烈搅拌，使加入的粉末均匀分散到液态合金中。当合金温度降至半固态后，将其放入预热的模具中进行压铸（压力为8MPa）。固液混合铸造采用的Al－20％Cu合金粉是用气流雾化方法制成。雾化介质为N2（纯度为99.5％），压力为0.8MPa。1为Al－20％Cu合金粉的形貌及其微观结构的SEM照片，粉末平均粒度约为50～80μm，组织结构细小（见1b）。用西德Leitz公司的MM－6卧式金相显微镜、JSM－6700F型扫描电子显微镜进行微观组织分析。 　　2试验结果和讨论 　　2.1Al－40％Cu合金微观组织 　　2为Al－40％Cu合金中初生CuAl2微观形貌的光镜照片。普通铸造条件下，初生CuAl2棱角分明，多为长条状，长径比最大约为10，长度可达200μm以上（见图2a）；半固态铸造Al－40％Cu合金中的初生CuAl2为棱角分明、长径比一般为2～4的长条形，尺寸一般为20～120μm，长度约为普通铸造的一半（见2b）；固液混合铸造Al－40％Cu合金中的初生CuAl2多为粒状，尺寸一般为30～80μm。与普通铸造和半固态铸造的相比，固液混合铸造Al－40％Cu合金中的初生CuAl2尺寸明显减小，形貌特征得到明显改善（见2c）。 　　2.2固液混合铸造加入的固相颗粒对合金组织的影响 　　铸造条件下，Al－40％Cu合金中的初生CuAl2的生长表现出强烈的各向异性，为小平面生长方式。 　　Al－40％Cu合金凝固过程中由于初生CuAl2开始形核长大直至发生共晶转变时具有较宽的结晶温度区间，因此普通铸造条件下初生CuAl2较粗大，棱角分明。半固态铸造条件下，在较强的搅拌对流作用下，Al－40％Cu合金中的初生CuAl2与普通铸造相比，其尺寸明显减小，合金的组织得到改善。 　　3为固液混合铸造Al－40％Cu合金中，所加入的Al－20％Cu合金粉末与Al－40％Cu合金基体界面的光镜和扫描电镜照片。图3a中的深色区域（A点所示）为固液混合铸造过程中加入的Al－20％Cu的合金粉末，其组织为α枝晶＋共晶组织（α与CuAl2）（见3b），与Al－40％Cu合金基体的组织初生CuAl2＋共晶组织有显著差别，因此比较容易区分粉末与基体。固液混合铸造加入的合金粉与Al－40％Cu合金基体界面结合良好（见图3c和d）。 　　Al－20％Cu合金粉末的共晶组织（α与CuAl2）中，CuAl2为片