本文關(guān)鍵詞：承壓件用鑄造鋁硅系合金組織與性能研究

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【摘要】：近共晶鑄造Al-Si合金具有微孔傾向小、鑄造性能優(yōu)異等優(yōu)勢,適用于復(fù)雜承壓件罐體的生產(chǎn)。但是,較低的力學(xué)性能限制了其在復(fù)雜承壓件罐體中的應(yīng)用。因此,從合金化、細(xì)化與變質(zhì)以及熱處理工藝優(yōu)化三個(gè)角度,來提高近共晶鑄造Al-Si合金力學(xué)性能,具有一定的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本論文基于近共晶Al-11Si-0.3Mg合金,研究了合金元素Cu對該合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,隨著Cu含量的增加,合金的抗拉強(qiáng)度增大、延伸率下降,當(dāng)Cu添加量超過2.0%,抗拉強(qiáng)度和延伸率同時(shí)下降。當(dāng)添加Cu含量至1.5%時(shí),抗拉強(qiáng)度和延伸率達(dá)到270MPa和4.2%。相分析表明,當(dāng)Cu添加量少于1.0%時(shí),析出相為Mg2Si和Q-Al5Si6Cu2Mg8,當(dāng)添加Cu添加量超過1.0%,即轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2Cu和Q-Al5Si6Cu2MgS8。通過斷口觀察發(fā)現(xiàn),當(dāng)Cu含量至2.0%時(shí),會形成大量孔洞,并且發(fā)現(xiàn)β-Fe降低了合金的力學(xué)性能。根據(jù)合金綜合力學(xué)性能表現(xiàn),最佳成分的合金為Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg。向Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金中添加了不同含量La,研究了La對其顯微組織和力學(xué)性能的影響,以及La、B及Sr三者之間的交互作用。結(jié)果表明,當(dāng)B添加量至0.05%時(shí),由于SrB6的生成,導(dǎo)致枝晶細(xì)化和共晶硅變質(zhì)作用衰退,而在上述基礎(chǔ)上添加0.1%La,枝晶和共晶硅特征參數(shù)都達(dá)到最小,枝晶細(xì)化和共晶硅變質(zhì)衰退作用不再存在,并且細(xì)化和變質(zhì)效果表現(xiàn)優(yōu)異,此時(shí)力學(xué)性能達(dá)到最優(yōu)。研究發(fā)現(xiàn),La與B生成了具有異質(zhì)形核作用的LaB6顆粒,從而抑制了“毒化”作用的發(fā)生。故而,最佳細(xì)化和變質(zhì)添加方式為0.1%La+0.05%B+0.03%Sr。對采用0.1%La+0.05%B+0.03%Sr進(jìn)行細(xì)化和變質(zhì)的Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金,進(jìn)行了固溶和時(shí)效工藝的優(yōu)化,以進(jìn)一步提高合金力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用雙級固溶工藝(490℃×4h+505℃×4h),合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率可分別達(dá)到343MPa和10.2%；再經(jīng)170。C×6h,抗拉強(qiáng)度和延伸率可達(dá)399MPa和5.0%。最后研究了La、B聯(lián)合細(xì)化對Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金時(shí)效析出行為的影響,發(fā)現(xiàn)La、B聯(lián)合細(xì)化后可縮短達(dá)到時(shí)效峰值的時(shí)間,并且使時(shí)效峰值增大。通過TEM觀察,發(fā)現(xiàn)La、B聯(lián)合細(xì)化后的θ’析出相尺寸變小。通過Johnson-Mehl-Avrami方程與Arrhenius方程的擬合計(jì)算,La、B聯(lián)合細(xì)化后θ'相析出形核激活能從42.83 kJ/mol下降至30.54 kJ/mol。
【關(guān)鍵詞】：鑄造鋁硅合金 合金化處理 細(xì)化處理 熱處理 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG292;TG166.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 引言9-10
• 1.2 鑄造鋁合金概述10-12
• 1.3 鑄造Al-Si合金的強(qiáng)韌化12-19
• 1.4 稀土元素在鑄造鋁硅合金中研究現(xiàn)狀19-20
• 1.5 研究內(nèi)容與技術(shù)路線20-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)過程與研究方法22-28
• 2.1 合金成分設(shè)計(jì)22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料及合金熔制23-24
• 2.3 熱處理24
• 2.4 力學(xué)性能測試24-25
• 2.5 顯微組織觀察25-26
• 2.6 XRD物相分析26-28
• 第三章 合金元素Cu對Al-11Si-0.3Mg合金顯微組織與性能影響28-48
• 3.1 合金鑄態(tài)樣品XRD分析28-30
• 3.2 合金鑄態(tài)顯微組織30-39
• 3.3 力學(xué)性能39-46
• 3.4 小結(jié)46-48
• 第四章 稀土元素La對Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金組織和性能的影響48-62
• 4.1 Sr與B“毒化”現(xiàn)象48-51
• 4.2 La對合金顯微組織和力學(xué)性能的影響51-58
• 4.3 分析與討論58-61
• 4.4 小結(jié)61-62
• 第五章 Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金熱處理工藝優(yōu)化及時(shí)效行為分析62-87
• 5.1 熱處理工藝的制定62-63
• 5.2 固溶處理工藝研究63-73
• 5.3 時(shí)效工藝及其行為研究73-85
• 5.4 小結(jié)85-87
• 第六章 結(jié)論87-89
• 參考文獻(xiàn)89-96
• 致謝96-97
• 攻讀碩士期間的學(xué)術(shù)成果97

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：758885