畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開提報(bào)告-工藝條件對(duì)鋁硅合金組織和性能的影響

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告（綜述）題目：工藝條件對(duì)鋁硅合金組織和性能的影響一、本課題來(lái)源及意義近年來(lái)環(huán)保問題越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視，這些壓力也直接傳遞到汽車制造業(yè)。汽車工業(yè)為了節(jié)約燃料、保護(hù)環(huán)境、不斷努力減輕汽車重量，對(duì)汽車用材料提出了更高的要求。增加鋁材的使用量是其中的重要措施之一。發(fā)動(dòng)機(jī)部件用鋁合金制造輕量化，一般可減重30%以上。這些社會(huì)需求促進(jìn)了鋁合金新材料和新技術(shù)的研究和發(fā)展[1]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鑄造Al-Si合金強(qiáng)韌化的研究大多集中在亞共晶合金和過(guò)共晶合金上。亞共晶鑄造Al-Si合金在強(qiáng)韌鑄造Al-Si合金中占有重要地位，通過(guò)熔體熱處理、枝晶細(xì)化、共晶Si變質(zhì)和熱處理中Si相顆粒尺寸控制來(lái)提高亞共晶合金的強(qiáng)度。但由于這類合金中共晶體的數(shù)量相對(duì)較少，在鑄造過(guò)程中難以消除的縮松等鑄造缺陷極大地制約了鑄件塑韌性的進(jìn)一步大幅度改善。過(guò)共晶Al-Si合金多采用噴涂沉積等方法通過(guò)細(xì)化初晶Si相來(lái)改善強(qiáng)韌性，但這種方法的制備成本較高，因而此類合金的應(yīng)用存在一定的局限性。近共晶鑄造Al-Si合金(Si11.0%-12.0%)的成形性鑄造性能優(yōu)于亞共晶鑄造Al-Si合金(Si6%-7%)(以A356、A357為代表)，然而它的應(yīng)用卻不如亞共晶合金廣泛，特別是在高質(zhì)量鑄件上。究其原因，主要是受近共晶鑄造Al-Si合金較低的力學(xué)性能限制。若能用近共晶A-Si合金替代A356合金，將會(huì)降低原材料成本，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。然而，Al-Si合金的細(xì)化處理是鑄造Al-Si合金生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)，是有效提高合金強(qiáng)度和韌性、改善合金鑄造性能、提高切削加工性能的重要手段。因此通過(guò)探討工藝條件的變化來(lái)控制Al-Si合金組織及性能是Al-Si合金研究工作者的熱門課題。晶粒細(xì)化技術(shù)在鋁加工業(yè)中，是提高鋁材材質(zhì)，發(fā)展超高強(qiáng)高韌新性鋁材，挖掘鋁及其合金潛能，提高鋁及其合金的使用價(jià)值的一個(gè)重要的研究途徑，具有重要的研究意義。二、文獻(xiàn)綜述2.1硅鋁合金的研究現(xiàn)狀A(yù)l-Si合金具有優(yōu)良的鑄造性能，如流動(dòng)性好、氣密性好、收縮率小和熱傾向小，經(jīng)過(guò)變質(zhì)和熱處理之后，具有良好的力學(xué)性能、物理性能、耐腐蝕性能和中等的機(jī)加工性能，是鑄造鋁合金中品種最多，用途最廣的一類合金。它的比強(qiáng)度高于鑄鐵和鑄鋼，因而被廣泛應(yīng)用于航天、航空、交通運(yùn)輸和機(jī)械加工等部門。隨著現(xiàn)代工業(yè)及鑄造新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)Al-Si合金的需求量越來(lái)越大[2]工業(yè)上很重要的硅鋁合金可分為3類：（1）亞共晶硅鋁合金含硅9％-12％。（2）共晶硅鋁合金含硅11％-13％。（3）過(guò)共晶硅鋁合金硅含量，主要在15％～3O％。過(guò)共晶鋁硅合金的成分，因Si的含量高低可分為三種，即低硅16-18%中硅19-23%、高硅24-26%。普通鑄造法制備的過(guò)共晶硅鋁合金組織為初生Si加共晶組織(α+Si)，共晶Si呈針狀，初生Si呈板條狀。隨著Si含量的提高，板條狀所占的比例也越來(lái)越高，初生Si變得十分粗大，嚴(yán)重割裂基體，在Si相的尖角處和棱角處引起應(yīng)力集中。使合金變脆，力學(xué)性能特別是伸長(zhǎng)率顯著降低，而且切削性能也很差，可以通過(guò)細(xì)化過(guò)共晶合金來(lái)改善性能。然而，過(guò)共晶合金的細(xì)化主要是細(xì)化初晶硅，對(duì)這類合金主要是細(xì)化其初晶硅的結(jié)晶晶粒，把原來(lái)的板狀初晶硅及粗大的長(zhǎng)針狀共晶硅變?yōu)榧?xì)粒狀。初晶硅的細(xì)化處理是通過(guò)向合金液中提供外來(lái)結(jié)晶核心種子，使其成為初晶硅的結(jié)晶核心，從而使結(jié)晶核心數(shù)量增多，并抑制其長(zhǎng)大，以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶組織細(xì)化均勻的目的。因此，如何采用合理的工藝來(lái)細(xì)化硅鋁合金組織，改善硅粒子形態(tài)、大小及分布，提高其力學(xué)性能，最終制作出能滿足各種用途且綜合性能優(yōu)異的硅鋁合金材料，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外材料研究者研究的重點(diǎn)。2.2硅鋁合金的制備方法合金的熔煉技術(shù)是鋁加工行業(yè)的根本技術(shù)，鋁硅合金的生產(chǎn)主要有電熱還原法、電解法和熔配法三種方法：2.2.1電熱還原法：電熱還原法生產(chǎn)鋁硅合金是用合適的含鋁礦物加還原劑，經(jīng)配料、造球，在電熱爐中還原獲得粗鋁硅合金，最后經(jīng)精煉和成分調(diào)配，獲得所需的鋁硅合金。該工藝俄羅斯一直處于領(lǐng)先地位。我國(guó)從上世紀(jì)60年代對(duì)該工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，斷斷續(xù)續(xù)，到目前仍未過(guò)關(guān)，只能穩(wěn)定生產(chǎn)含鋁40%左右的粗合金，可以用作煉鋼脫氧劑，但提取鑄造合金則因提取率太低而很不經(jīng)濟(jì)，目前仍不能成為我國(guó)鋁硅系合金生產(chǎn)的主體。[3]2.2.2電解法：電解法生產(chǎn)鋁硅合金是利用鋁礦中含有的硅和欽，除去鋁土礦中鐵等有害雜質(zhì)，經(jīng)磨礦、鍛燒、成分調(diào)配等，獲得一種理化性能符合電解合金要求的硅欽氧化鋁的原料。然后硅欽氧化鋁經(jīng)熔鹽電解，直接獲得鋁硅欽合金。在電解車間混合爐中適當(dāng)調(diào)整成分，可以獲得不同牌號(hào)的合金。[3]該方法省去了生產(chǎn)純鋁、純硅的過(guò)程，并在生產(chǎn)中保留了對(duì)鋁硅合金性能有益的價(jià)格昂貴的金屬欽，適合我國(guó)鋁礦資源高硅高欽一水硬鋁石型的特點(diǎn)。上述兩種方法技術(shù)難度大，并且需要專門的大型設(shè)備，目前還沒有得到廣泛的應(yīng)用，在鋁硅生產(chǎn)實(shí)際中，主要還是以熔配法為主。采用優(yōu)良的熔配工藝對(duì)穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗都有很大的好處。2.2.3熔配法：該方法是指將工業(yè)純鋁、純硅在熔煉爐里熔化、熔配成鋁硅合金.該工藝簡(jiǎn)單，適用性廣。根據(jù)不同的具體操作，該工藝又有許多不同的方法，對(duì)比如下：（1）高溫加硅法傳統(tǒng)的高溫加硅工藝:先將鋁熔化并過(guò)熱到950℃左右，用石墨鐘罩將預(yù)熱至200一300℃的碎硅塊(粒度為15-20mm)壓入到鋁液中，并緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，保溫一段時(shí)間，降溫，除氣除渣后澆成鑄錠待用[4]Si的熔點(diǎn)為1414℃，且Si的密度比鋁小，易上浮。加熱溫度過(guò)高，硅塊容易漂浮在鋁液表面上，與空氣中的氧發(fā)生氧化，在硅表面形成一層高達(dá)1703℃的氧化膜，使硅塊不能熔化。如果加硅溫度、加硅方法掌握不好，硅就很難熔化，以致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至整個(gè)熔化工藝失敗。該工藝對(duì)加入的硅塊粒度要求嚴(yán)，碎粒狀、粉狀硅均不能加入，硅的浪費(fèi)大:熔煉溫度高，能源浪費(fèi)大，工人的勞動(dòng)條件也差[4]（2）同時(shí)加入硅塊與鋁塊熔煉法硅塊與鋁塊一起裝爐、一起升溫、一起熔化，這種方法在工廠中應(yīng)用較普遍。把硅塊放在爐底，在硅塊的上部放置鋁塊，然后一起升溫。鋁的熔點(diǎn)低，比硅先熔化，并覆蓋在硅的上面，硅在鋁液的包裹下慢慢熔化。這種方法是一種比較好的方法，鋁塊熔化后就阻止了硅塊與大氣的接觸，防止了硅的高溫氧化?？墒窃阡X塊未熔化之前(約在700℃之前)，由許多鋁塊堆積成的覆蓋物無(wú)法阻隔空氣與爐底硅塊的接觸，并與硅在400℃時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)[5]，生成不溶的SiO2粒子，成為細(xì)小的夾雜物。這些夾雜物不但對(duì)產(chǎn)品的力學(xué)性能及表面質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響，而且會(huì)縮短模具壽命[6]。（3）中間合金添加法把事先熔煉的Al-Si中間合金錠放入鋁熔體中。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是熔化效果好，容易吸收;缺點(diǎn)是需要制備Al-Si中間合金，增多了工藝流程，加大了能耗與鋁、硅的燒損，增加了生產(chǎn)成本。用于配制鋁硅中間合金的鋁純度一般較低，容易導(dǎo)致最終合金的雜質(zhì)含量超標(biāo)[7]。配制中間合金的過(guò)程仍然困難，工人的工作條件依然惡劣。（4）速溶硅添加劑法上世紀(jì)90年代工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家出現(xiàn)了通過(guò)速熔硅添加劑添加硅的方法。速熔硅添加劑是由純硅粉、催化劑、特種添加劑與微量鋁粉經(jīng)過(guò)高壓壓制而成的餅塊，硅的含量高達(dá)95%。在使用時(shí)把一定質(zhì)量的餅塊投到鋁熔體中，餅塊迅速溶解[7]。采用速熔硅添加劑可以避免結(jié)晶硅的燒損，精確控制硅的添加量，熔化時(shí)間極短。此方法雖然有效，但也有其缺點(diǎn):(l)結(jié)晶硅破碎、磨制成硅粉需要很多的能量，增加了成本。若合金中硅的含量較高時(shí)，成本較高。(2)硅粉的表面容易氧化形成氧化硅，形成夾渣.(3)工藝步驟繁瑣。（5）低溫加硅法低溫加硅技術(shù)是一新興的技術(shù)，是由傳統(tǒng)的高溫加硅工藝改進(jìn)而來(lái)。在鋁熔液溫度比較低時(shí)(660~770℃)加入碎硅塊，再一起升溫使硅熔化[7]。該方法即可以精確控制硅的添加量，也能很好的防止硅塊氧化，工人的工作條件也溫和了許多。過(guò)熱加硅法,隨著液體鋁的溫度升高,液體鋁的比重有所下降液體鋁在（658℃、780℃、800℃的比重分別為2.4克/厘米3,2.39克/厘米3和2.36克/厘米3）。由于液體鋁的表面張力作用以及加硅時(shí)熱交換條件變化產(chǎn)生的比重差的影響,硅仍然浮在液體鋁的表面,因此要不斷的把硅塊壓入液體中，壓力消除后,硅塊便又浮在液體鋁的表面,這時(shí)硅的表面很快就生成一層氧化硅膜，這層氧化硅膜的熔點(diǎn)為703℃,組織致密。這層氧化硅膜能隔絕鋁原子和硅原子之間的擴(kuò)散,大大降低硅的熔解速度,增加金屬元素的損耗,浪費(fèi)能源和工時(shí),嚴(yán)重時(shí)造成熔煉失敗。由于硅浮在液體鋁的表面,硅的熔解過(guò)程只在下半部表層與液體鋁接觸界面上進(jìn)行,所以在局部區(qū)域形成高濃度的硅聚集層。因此,必須不斷攪拌,使聚集層的高硅區(qū)與底層的低硅區(qū)對(duì)流,才使結(jié)晶硅繼續(xù)熔解。硅的塊度不同,熔解和擴(kuò)散的速度也不同。一般使用的塊度為20-40mm。由于細(xì)粒狀和細(xì)粉狀結(jié)晶硅表面積大,容易產(chǎn)生氧化硅膜并在熔煉過(guò)程的攪拌中容易卷入液體鋁表面的氧化渣中,所以,應(yīng)用過(guò)熱加硅法。細(xì)粒狀和細(xì)粉狀結(jié)晶硅均不適用。低溫加硅運(yùn)用合金化能降低合金熔點(diǎn)的原理,為適當(dāng)降低加硅溫度,熔化溫度和縮短熔化時(shí)間創(chuàng)造較好的條件。根據(jù)鋁-硅二元相圖進(jìn)行分析在鋁的熔點(diǎn)溫度附近加硅,適當(dāng)攪拌,控制溫度,使硅在L+α相區(qū)域內(nèi)均勻分布,就可以避免加硅初期硅的上浮現(xiàn)象,同時(shí)增加了鋁和硅的接觸表面。隨著液體鋁溫度的升高和硅的熔解擴(kuò)散,掖體鋁合金和硅互相濕潤(rùn),掖體鋁的比重減小,增加了液體鋁合金對(duì)硅的粘附作用。有效地防止熔化過(guò)程中硅的上浮。而且績(jī)晶硅的塊（粒、粉）度越小,表面積越大。防止硅的上浮的現(xiàn)象的效果越明顯,則在整個(gè)熔煉過(guò)程中加快硅的熔解和擴(kuò)散速度,縮短熔煉時(shí)間。因此,即節(jié)省能源和工時(shí),還可以減少金屬元素一的燒損量,充分應(yīng)用細(xì)粒狀和細(xì)粉狀結(jié)晶硅的原材料資源。低溫加硅直接熔煉鑄造鋁合金（鋁硅中間合金）開辟了新的途徑。綜上可得：經(jīng)過(guò)比較得出采用熔煉法中的低溫加硅技術(shù)來(lái)研究初生硅的大小。2.3工藝條件對(duì)Al-Si合金的組織和性能的研究2.3.1含量對(duì)鋁硅合金組織和性能的影響2.3.1.1硅含量對(duì)初生硅大小的影響共晶型鋁硅合金含硅11-13%，由于含硅量較多，其鑄造性、體積穩(wěn)定性、力學(xué)性能都很好，目前已得到十分廣泛的應(yīng)用。過(guò)共晶型鋁硅合金含硅17-26%，甚至更高，由于初晶硅的大量出現(xiàn)，過(guò)共晶合金實(shí)際上是一種復(fù)合良好的自生Si顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。由于含硅量很高，它比亞共晶、共晶鋁硅合金更輕、導(dǎo)熱性更好、線膨脹系數(shù)更低、更抗磨及體積穩(wěn)定性更高，因此，越來(lái)越引起世界各國(guó)的重視。根據(jù)不同成分鋁硅合金熔體混合對(duì)初生硅相細(xì)化研究，不同硅含量下，隨著硅含量的升高，由于其液相線溫度隨著升高，其最佳的澆注溫度也隨之升高。但即使在最佳澆注溫度下澆注，它們的組織仍隨著硅含量的升高而不斷惡化。當(dāng)硅含量為20%時(shí)，初生硅以塊狀為主，此時(shí)初生硅等效直徑為54.86μm；當(dāng)硅含量升至25%時(shí)，初生硅的形貌變得復(fù)雜，以破碎的塊狀、五瓣星狀以及桿狀為主，尺寸增加到了71.7μm，組織中的初生硅數(shù)量也明顯變多;而當(dāng)硅含量進(jìn)一步升至30%時(shí)，初生硅的等效直徑升至95μm，其最大直徑則達(dá)到了900μm以上，形態(tài)以長(zhǎng)桿狀為主，且初生硅的數(shù)量也大大增加。因此，在整個(gè)澆注過(guò)程中，存在一個(gè)最佳的溫度。而對(duì)于不同硅含量的合金來(lái)說(shuō)，這個(gè)最佳溫度肯定不一樣。因?yàn)殡S著硅含量的增高，熔化過(guò)程中，熔體內(nèi)的硅原子集團(tuán)就越多，而未熔化的硅原子集團(tuán)在冷卻過(guò)程中可以直接成為結(jié)晶核心，且在硅晶體的生長(zhǎng)過(guò)程中，這些微結(jié)構(gòu)又可以作為整體直接附著到硅晶體的生長(zhǎng)界面上，促進(jìn)硅的生長(zhǎng)，使得初晶硅在澆注前就已經(jīng)形核并部分長(zhǎng)大。因此在相同條件下，要想獲得相對(duì)細(xì)小的初生硅，硅含量越高，就需要均勻的熔體，也就需要更高的能量，使得澆注溫度也不得不隨之升高。另外，硅含量越高，其熔體中硅原子也越多，因此硅原子附著在晶核上的機(jī)會(huì)也大大增加，從而增加了初生硅的長(zhǎng)大速度，使得，硅含量越高的合金中初生硅的尺寸也越大。2.3.1.2不同變質(zhì)劑Al-20Si組織和性能的影響。在鋁合金熔煉過(guò)程中添加適當(dāng)?shù)募?xì)化劑，可以有效的細(xì)化合金凝固組織，由于此法操作簡(jiǎn)單、作用快、適應(yīng)性強(qiáng)，目前在國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用。晶粒細(xì)化劑的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)過(guò)程：20世紀(jì)四五十年代最先出現(xiàn)鹽熔劑或鹽塊劑；到60年代隨著無(wú)芯感應(yīng)爐的出現(xiàn)，細(xì)化劑進(jìn)入中間合金的時(shí)代[9]，最早先出現(xiàn)Al-Ti錠，隨后又研制出效果更佳的Al-Ti-B錠；70-80年代Al-Ti-B由原先的塊錠發(fā)展到線材，并研制出了更多鈦硼配比的晶粒細(xì)化劑；到90年代涌現(xiàn)出一大批新型晶粒細(xì)化劑，其中包括Al-Ti-C，Al-Ti-B-RE，Al-Ti-B-C等。(1)鹽類細(xì)化劑(鹽熔劑或鹽塊劑)一般的制備方法是將K2TiF6、KBF4直接加到鋁熔體中反應(yīng)，產(chǎn)生TiAl3和AlB2細(xì)化相粒子而產(chǎn)生細(xì)化作用。被普遍采用的鹽類細(xì)化劑為英國(guó)金屬研究協(xié)會(huì)Cibula研制，它由40%Ti粉與B鹽及助熔劑等混合壓制成塊狀[9,10]。但是此類細(xì)化劑產(chǎn)生的細(xì)化效果不均勻，容易產(chǎn)生衰退，反應(yīng)參數(shù)難以控制，Ti和B元素的收得率低，而且制備時(shí)容易產(chǎn)生有害氣體，對(duì)環(huán)境和設(shè)備都不利，目前這種方法基本被淘汰。(2)Al-Ti中間合金為了克服鹽類細(xì)化劑的缺點(diǎn)，借助無(wú)芯感應(yīng)爐的出現(xiàn)，中間合金細(xì)化劑得到迅猛發(fā)展。Al-Ti錠是最早使用的中間合金細(xì)化劑，相對(duì)鹽類細(xì)化劑，其細(xì)化能力得到明顯提高，但是晶粒細(xì)化效果不穩(wěn)定，易衰退。(3)Al-Ti-B中間合金由于B元素的引入，Al-Ti-B中間合金的細(xì)化效率比Al-Ti高12倍[11]，是目前廣泛采用的晶粒細(xì)化劑，世界鋁工業(yè)大約75%使用該晶粒細(xì)化劑。Al-Ti-B塊錠中間合金內(nèi)部起細(xì)化作用的細(xì)化相粒子易偏聚沉淀，且鋁合金中的Zr、Cr、V、Mn元素會(huì)使細(xì)化相“中毒”而失去細(xì)化作用[12]，細(xì)化效果由于第二相粒子TiAl3和TiB2的沉淀而存在衰退現(xiàn)象[13]，一般5h-6h后失效。20世紀(jì)70年代，美國(guó)研制出Al-Ti-B線材中間合金。相比塊錠，線材中間合金元素利用率高，細(xì)化效果均勻穩(wěn)定，還可實(shí)現(xiàn)細(xì)化處理的自動(dòng)化[14]。國(guó)內(nèi)對(duì)Al-Ti-B的研究比較晚，1986年由東北工學(xué)院首先研制功[15]。目前不同鈦硼配比的Al-Ti-B中間合金相繼被開發(fā)，其中Ti/B配比有5/1、5/0.5、5/0.2、5/0.1和3/1、3/0.5、3/0.2、3/0.1以及無(wú)B的Al-6Ti和Al-10Ti中間合金和無(wú)Ti的Al-B合金細(xì)化劑。國(guó)內(nèi)外最常用是Al-5Ti-1B[16]。雖然Al-Ti-B中間合金具有優(yōu)異的細(xì)化能力，但是TiAl3和TiB2粒子的聚集沉淀以及“中毒”仍然不可避免。2.3.2工藝條件對(duì)鋁硅合金組織和性能的影響研究狀況2.3.2.1熔煉溫度不同對(duì)鋁硅合金組織和性能的影響低溫加硅運(yùn)用合金化能降低合金熔點(diǎn)的原理,為適當(dāng)降低加硅溫度,熔化溫度和縮短熔化時(shí)間創(chuàng)造較好的條件。根據(jù)鋁-硅二元相圖進(jìn)行分析在鋁的熔點(diǎn)溫度附近加硅,適當(dāng)攪拌,控制溫度,使硅在L+α相區(qū)域內(nèi)均勻分布,就可以避免加硅初期硅的上浮現(xiàn)象,同時(shí)增加了鋁和硅的接觸表面。隨著液體鋁溫度的升高和硅的熔解擴(kuò)散,掖體鋁合金和硅互相濕潤(rùn),掖體鋁的比重減小,增加了液體鋁合金對(duì)硅的粘附作用。有效地防止熔化過(guò)程中硅的上浮。而且績(jī)晶硅的塊（粒、粉）度越小,表面積越大。防止硅的上浮的現(xiàn)象的效果越明顯,則在整個(gè)熔煉過(guò)程中加快硅的熔解和擴(kuò)散速度,縮短熔煉時(shí)間。因此,即節(jié)省能源和工時(shí),還可以減少金屬元素一的燒損量,充分應(yīng)用細(xì)粒狀和細(xì)粉狀結(jié)晶硅的原材料資源。低溫加硅直接熔煉鑄造鋁合金（鋁硅中間合金）開辟了新的途徑。2.3.2.2冷卻速度對(duì)Al-20Si組織的影響研究狀況在實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高過(guò)共晶鋁硅合金的力學(xué)性能，就必須使該合金中的初生硅和共晶硅得到細(xì)化。為了達(dá)到這一目的，除了向該合金中加入變質(zhì)劑來(lái)細(xì)化晶粒之外，在生產(chǎn)過(guò)程中還通常通過(guò)加快該合金的冷卻速度來(lái)細(xì)化合金中的初生硅和共晶硅。不少研究表明，冷卻速率的增加能夠使初生硅略微細(xì)化。特別是在鑄造件下[5，8]，由于生長(zhǎng)受到抑制，初生硅顆粒變得更加細(xì)小，同時(shí)更趨向于星形顆粒。在較高的冷卻速率條件下，還能夠觀察到羽狀的或是薄片狀的共晶硅，但該將這種組織歸入初生硅中還是共晶硅當(dāng)中，目前還存在爭(zhēng)議。三、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)3.1實(shí)驗(yàn)方案3.1.1工藝條件對(duì)鋁硅合金組織及性能的影響不同熔煉溫度對(duì)Al-20Si過(guò)共晶Al-Si合金的影響（表1）序號(hào)合金成分熔煉溫度（℃）保溫時(shí)間（min）結(jié)果分析1#Al-20Si720102#Al-20Si720203#Al-20Si720304#Al-20Si750105#Al-20Si750206#Al-20Si750307#Al-20Si780108#Al-20Si780209#Al-20Si78030根據(jù)冷卻速度不同來(lái)分析Al-20Si合金（表2）序號(hào)合金成分冷卻方式結(jié)果分析11#Al-20Si隨爐冷卻12#Al-20Si坩堝空冷12#Al-20Si水冷3.1.2熔煉溫度不同對(duì)鋁硅合金組織和性能的影響硅含量對(duì)初生硅大小的影響（表3）序號(hào)合金成分熔煉溫度（℃）保溫時(shí)間（min）結(jié)果分析10#Al-30Si待定待定7#Al-20Si已做已做13#Al-25Si待定待定14#Al-30Si待定待定（表格中待定的內(nèi)容是以表1的最佳結(jié)果為參照標(biāo)準(zhǔn)）不同變質(zhì)劑Al-20Si組織和性能的影響（表4）序號(hào)合金成分細(xì)化劑加入量結(jié)果分析17#Al-20SiAl-Ti-B0.118#Al-20SiAl-Ti-B0.23.2.2實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)選用的材料為：Al-50Si（含硅量為50%的鋁硅合金），工業(yè)純鋁，工業(yè)純硅，Al-Ti-B細(xì)化劑。3.2.3實(shí)驗(yàn)工具、設(shè)備和檢測(cè)儀器。本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)工具、設(shè)備和檢測(cè)儀器如下：50kg中頻感應(yīng)爐；SX2-5-12型箱式電阻爐；布氏/顯微硬度計(jì)；CSS-55100電子萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)；飛利浦XL30W/SEM型掃描電鏡；德國(guó)蔡司AxioskopII型金相顯微鏡；手動(dòng)壓力試樣鑲嵌機(jī)；輔助工具：石墨坩堝，鐵模一個(gè)，手套，坩堝鉗等。3.3性能檢測(cè)及組織觀察為了確定加工工藝對(duì)鋁硅合金組織和性能的影響規(guī)律，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)做出的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。需要檢測(cè)的內(nèi)容主要有：、硬度，抗拉強(qiáng)度，觀察抗拉試樣斷口形貌特征，Al-20Si合金組織中初晶硅和共晶硅尺寸的大小等。3.3.1力學(xué)性能檢測(cè)測(cè)試不同工藝處理后合金的硬度和抗拉強(qiáng)度。(1)硬度測(cè)試材料在各種狀態(tài)下的硬度值用上海材料試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)的HBE-3000型數(shù)顯電子布氏硬度計(jì)及71型顯微硬度計(jì)上進(jìn)行測(cè)定。具體方法如下：布氏硬度法按國(guó)標(biāo)GB231-84《金屬布氏硬度實(shí)驗(yàn)方法》執(zhí)行，選用中5mm的鋼球，負(fù)荷250kg，加載時(shí)間為30s，測(cè)試前表面用7號(hào)金相砂紙磨平，每一個(gè)狀態(tài)的試樣測(cè)三個(gè)點(diǎn)后取其平均值；顯微硬度法按國(guó)標(biāo)GB231-84《金屬顯微硬度實(shí)驗(yàn)方法》執(zhí)行，測(cè)量載荷為200g，每次加載15秒，測(cè)量后按一下公式進(jìn)行硬度計(jì)算。其中p：負(fù)荷（公斤）；：金剛石角錐相對(duì)兩面的夾角；d：壓痕兩對(duì)角線的平均值。(2)拉伸測(cè)試合金的抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率在CSS-55100電子萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸速率為0.1mm/s，每個(gè)值取3次試驗(yàn)的平均值。力學(xué)性能測(cè)試之前，將拉伸試樣片用砂紙打磨光滑，以避免應(yīng)力集中（3）金相組織觀察①取樣:用鋸弓在試樣上截取一小塊，矩形樣品尺寸為3mm×5mm×5mm，盡量使樣品具有代表性。②鑲樣:在上海金相機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的手動(dòng)壓力試樣鑲嵌機(jī)上用熱固性塑料進(jìn)行鑲樣，熱固溫度為140℃左右，壓力為190kg/cm2，時(shí)間5-10分鐘，壓力手動(dòng)調(diào)節(jié)，空冷自動(dòng)控制。③磨光:首先，在國(guó)產(chǎn)M-2型金相試樣預(yù)磨機(jī)上依次用120號(hào)，240號(hào)，400號(hào)水磨砂紙打磨成平整的表面，然后在玻璃板上依次用01號(hào)，03號(hào)，05號(hào)，07號(hào)金相砂紙磨光，使樣品表面平整，無(wú)較深劃痕。磨光時(shí)不能過(guò)熱，以免塑料發(fā)軟以及合金表面氧化。④拋光:a.粗拋:用Cr2O3浮液及細(xì)昵布在拋光機(jī)上拋至試樣表面無(wú)明顯劃痕。b.精拋:用W0.5的金剛石拋光膏拋光，直至無(wú)劃痕、污跡、拖尾等成為光滑無(wú)痕的鏡面。⑤腐蝕液：用1%HNO3+1.5%Hcl+2.5%HF+95%H2O腐蝕液腐蝕，觀察金相組織。⑥觀察：金相顯微組織觀察采用德國(guó)產(chǎn)蔡司AxioskopII型型金相顯微鏡。主要觀察Al-20Si合金中的初生硅晶粒形貌和共晶硅形晶粒形貌，尺寸大小以及分布。四論文提綱及進(jìn)度安排：第5周下達(dá)論文任務(wù)書后，明確工作目的及要求第5~6周文獻(xiàn)調(diào)研、翻譯英文文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案第6~7周撰寫開題報(bào)告，熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備第7~9周開題，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究第10~12周整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果第13~15周撰寫畢業(yè)論文、論文評(píng)閱五主要參考文獻(xiàn)和書目：[1]邵光杰，張恒華，許路萍.汽車用鋁合金材料及熱處理進(jìn)展.金屬熱處理.2004(29):29-32.[2]K.Matsuura,M.Kuudoh,H.Kinoshita.H.Takahashi.PrecipitationofSiParticlesinasuper-rapidlysolidifiedAl-Sihypereutecticalloy.Materialschemist