铁对A356铝合金的影响.docVIP

冶金综合实验实验报告 实 验 题 目: 铁对A356铝合金的影响 学 院: 材料科学与工程 系 别: 材料与冶金工程 专 业: 冶金工程 学 号: 姓 名: 指 导 老 师: 二○一二年七月 一、实验目的 通过本综合实验，使学生掌握如下知识： （1）了解铁元素对A356铝合金的危害； （2）通过对铝合金的均匀化退火和固溶处理工艺，总结各种热处理对富铁相的影响，从而总结铝合金热处理方法对性能的影响； （3）加深学生对热处理如何影响金相组织的认识； （4）铝合金金相检验的原理及检验步骤，进一步加深对铝合金中金属夹杂物的认识。 二、实验原理 在铝合金中，针状β-Fe相对合金性能影响很大。当合金中铁超过一定含量时，严重影响合金的物理性能（如抗拉强度、硬度）。通过实验改变铁相形貌，提高合金的物理性能。 相关文献指出热处理能改变铝合金中β-Fe相。铝合金的常规热处理方法是将其加热到液相线以下某一温度，然后保温。在固相线温度进行热处理，能使富Fe相溶解、碎断、球化，从而改善合金的性能。Narayanan等详细研究了非平衡热处理对铝硅合金中铁相的影响。热处理使铁相形态明显改善，并提高了合金的力学性能。在热处理过程中β铁相端部慢慢的溶解，并沿宽度方向断裂。可见热处理的温度对铁相溶解断裂的影响远比时间的影响大。合金在固相线温度进行热处理能使富铁相溶解、断裂和球化，从而改变合金的性能。热处理温度是影响针状铁相溶断的最重要的因素，温度提高，铁相平均长度明显变小，热处理温度越高，铁相的长度越短。针铁发生熔断主要是由于针铁相内部和表面存在缺陷，这些缺陷位置的铁原子、硅原子等原子处于高能状态，在满足热力学和动力学条件时，由于原子扩散而在这些缺陷处发生溶解现象。 然而针状铁相一般被认为是一种稳定的相组织。在铝硅合金的各种常规热处理规范中针状铁相均不易发生形貌上的变化。采用非平衡热处理的方法，即在常规的热处理温度之上，在合金的凝固温度以下这样一个温度区间里对试样进行保温，使针状铁相产生断裂变短。当高于常规热处理温度进行保温时，针状铁相的溶断就可以进行，但仍需要较长的时间。进一步提高非平衡热处理的温度，可以预期能增加针状铁相的断裂速度，却会导致局部区域的晶间熔化。溶断温度高，溶断所需时间就短。 三、实验设备与材料 1．实验设备：金相显微镜、维氏硬度计、Axio Imager蔡司光学显微镜、抛光机、砂轮机、切割机、石墨坩埚、砂箱、井式加热炉、天平。 2．实验材料：①A356铝合金坯料（铝硅亚共晶合金：熔点为615℃，密度为2.63g/cm3二元共晶温度为576℃ ，Fe含量为0.2%)。 ②Al-Fe中间合金坯料（Fe含量为18%）。 四、实验过程 1、研究发现随着Fe含量的升高，铁相存在方式由α向β转变，铸件中当含Fe量不同其铁相形貌也不同。一般说，含Fe≤0.8%时，铸件组织中仅出现鱼骨状的α铁相。当合金中含Fe0.8%时，α铁相逐渐向β铁相转变，铸件组织中易析出针状β铁相，合金的力学性能也出现较大的变化，当Fe达到1.0%左右时，合金中仍然存在少量的α铁相，但基本以针状的β铁相形态存在，针状的β铁相极易割裂α-AL基体，因此当Fe含量0.8%时，合金的力学性能下降较快。比较不同含量的性能，找到铝、铁含量的配比关系，具体配比见表。 材料 组别 A356铝合金（g） Al-Fe中间合金（g） Fe含量（%） 一组 560.0 0.0 0.2 二组 547.4 12.6 0.6 三组 534.8 25.2 1.0 四组 519.1 40.9 1.5 五组 503.4 56.6 2.0 总量 2664.7 135.3 2、称量物质： 实验时，考虑物质的氧化、成渣。不能按物质为100%量取，量取量应同时扩大为103%。使用天平称量A356铝合金块重量、Al-Fe中间合金块重量。实验用A356铝合金为块状，Al-Fe中间合金为块状。 3、熔炼过程： 1）A356铝合金的熔点615℃，Al-Fe中间合金熔点在1000℃左右，所以应将A356铝合金和Al-Fe中间合金一同加入。由于很多外在因素：加热炉、物质本身、坩埚等因素的影响，应加热铝合金为800 ℃。 2）先将石墨坩埚预热到熔炼温度，待温度为800℃打开炉盖，将称好的A356铝合金和Al-Fe中间合金一同放入坩埚中，在井式加热炉中加热。 3）在800℃下熔炼15分钟后，打开炉盖用铁棒搅拌铝液，使铁和铝充分反应，使铁充分扩散。之后再保温20分钟后即可浇注。 备注：由于井式炉每炉可以加入三个坩埚，我们5组成分分为两炉熔炼。 4、浇注 将熔炼好的铝液注入直径为2cm长为15cm的