凝固条件对高硅铝合金组织的影响

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铝硅合金固相线

铝硅合金固相线铝硅合金是一种重要的金属材料，在航空航天、汽车制造、机械制造等领域具有广泛的应用。

铝硅合金的性能与其组织结构密切相关，而固相线则是决定合金组织结构的关键因素之一。

因此，深入研究铝硅合金的固相线对于优化合金成分、控制组织结构、提高材料性能具有重要意义。

一、铝硅合金概述铝硅合金是以铝为基体，加入一定量的硅元素而形成的合金。

硅元素的加入可以显著提高铝合金的硬度、强度和耐磨性，同时降低其密度和热膨胀系数。

因此，铝硅合金具有优异的综合性能，被广泛应用于各种工业领域。

铝硅合金的性能与其组织结构密切相关。

在铝硅合金中，硅元素以固溶体或化合物的形式存在于铝基体中。

当合金成分一定时，其组织结构主要由凝固过程中的固相线决定。

固相线是指合金在凝固过程中，固相与液相平衡共存时的温度。

在固相线以下，合金完全凝固成为固相；在固相线以上，合金开始熔化成为液相。

因此，固相线是决定合金组织结构的关键因素之一。

二、铝硅合金固相线的影响因素铝硅合金的固相线受多种因素的影响，包括合金成分、温度、压力等。

下面分别对这些因素进行详细分析。

1.合金成分合金成分是影响铝硅合金固相线的最主要因素。

一般来说，硅含量越高，铝硅合金的固相线越低。

这是因为硅元素的加入可以降低铝基体的熔点，使得合金在较低的温度下就能开始凝固。

同时，硅元素还可以与铝元素形成化合物，这些化合物在凝固过程中会优先析出，从而影响合金的固相线。

除了硅元素外，铝硅合金中还可能含有其他元素，如铜、镁、锌等。

这些元素的加入也会对合金的固相线产生影响。

例如，铜元素的加入可以提高铝硅合金的固相线，而镁元素的加入则可以降低其固相线。

因此，在制备铝硅合金时，需要根据具体的应用需求选择合适的合金成分。

2.温度温度是影响铝硅合金固相线的另一个重要因素。

一般来说，温度越高，合金的固相线越低。

这是因为高温会使得合金中的原子振动加剧，从而降低原子之间的结合力，使得合金更容易熔化。

同时，高温还会使得合金中的溶质元素更容易扩散，从而影响合金的凝固过程和固相线。

定向凝固的进展对高纯铝偏析法提纯工艺的影响_张佼

Fig .3 A schematic of Fig .4 The purifi cati on technology
ref ini ng apparatus of f ractional crystalli-
of single direction soli dif icat ion by elect ri c
图 1 冷凝法提纯图 2 3 层液电解精
示意图
炼槽示意图
Fig .1 A schematic of Fig .2 A schem atic of t hree
condensat ion met hod
layers refining met hod
了解。因为相场模型(P hase-field Model)可以避免跟踪复杂固液界面的条件下模拟微观组织 , 在模拟枝晶生长方面 , 相场方法比确定性方法和概率方法更具有优势。 William J .Boet tinger 和 James A .Warren 就利用合金相场(alloy phase-f ield method)的方法[ 2] , 对接近快速定向凝固绝对稳定极限的 2 元合金的微观结构及溶质的分配做了模拟 , 晶体结构形态 , 见图 5 。随着生长速度的增加 , 胞状晶的直径逐渐变细 , 直至产生平界面生长形态。这种情况在文献[ 3] 中也有报道。
铝提纯工业始于上世纪 30 年代 , 在 60 年代全世界纯度 >99 .95 %纯铝产量已发展到 3 万 t/ 年 , 到 1999 年产量达 50 万 t/ 年 , 其中纯度 >5 N(99 .999 %) 的高纯铝在其中占有相当大的比例。高纯铝之所以能得到快速发展 , 主要是因为它比原铝具有更好的导电性、延展性、光反射性和抗酸腐蚀性等优良性能 , 尤其是抗腐蚀性可比原铝提高约 9 倍。随着纯度的提高 , 铝导磁性越小 , 低温导电性也越好。

影响铝合金性能的八大金属元素

影响铝合金性能的八大金属元素0影响了铝合金性能的八大元素有：钒、钙、铅、锡、铋、锑、铍及钠等金属元素，由于根据成品铝卷材的用途不一样在加工过程中所加入的元素这些杂质元素由于熔点高低不一，结构不同与铝形成的化合物也不同，因而对于铝合金性能的影响也不一样。

1、金属元素：铜元素的影响铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着显着的时效强化效果。

铝板中铜含量通常在2.5%-5%，铜含量在4%~6.8%时强化效果最好，所以大部门硬铝合金的含铜量处于这范围。

2、金属元素：硅元素的影响Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部门Mg2Si在铝中的最大溶解度为1.85%，且随温度的降低而减速小，变形铝合金中，硅单独加入铝板中只限于焊接材料，硅加入铝中亦有一定的强化作用。

3、金属元素：镁元素的影响镁对铝的强化是显着的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高瞻远34MPa。

假如加入1%以下的锰，可能增补强化作用。

因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物平均沉淀，改善抗蚀性和焊接机能。

4、金属元素：锰元素的影响锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%。

合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为0.8%时，延伸率达最大值。

Al-Mn合金长短时效硬化合金，即不可热处理强化。

5、金属元素：锌元素的影响Al-Zn合金系平衡相图富铝部门275时锌在铝中的溶解度为31.6%，而在125时其溶解度则下降到5.6%。

锌单独加入铝中，在变形前提下对铝合金强度的进步十分有限，同时存在应力侵蚀开裂、倾向，因而限制了它的应用。

6、金属元素：铁和硅的影响铁在Al-Cu-Mg-Ni-Fe系锻铝合金中，硅在Al-Mg-Si系锻铝中和在Al-Si系焊条及铝硅锻造合金中，均作为合金元素加的，在基它铝合金中，硅和铁是常见的杂质元素，对合金机能有显着的影响。

它们主要以FeCl3和游离硅存在。

在硅大于铁时，形成β-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。

变质剂对高硅铝合金标准样品组织均匀性的影响

ｃｐｙａｒｙｄｉｆａｔｏｎＴｈｅｕｔｈｏｔｔｔｅｍｉｒｔｕｔｒｉｏｍｉｙｏｈｅｓａｄａｄｓｍ — ｏｎｄＸ— ａｆｒｃｉ．ｅｒｓｌｓｓｗｈａｈｃｏｓｒｃｕｅｕｎｆｒｔｆｔｔｎｒａｐｅｗｉｈｔｍｏｆｉｇｉｏｏｅａｅｔｒｍａｙｃｙｔｌｓｌｃｓｌｒｈｅｎｔｒｎｏｃｕ — ｌｔｏｕｄｉｙｎｓｐｒｂｃｕｓｈｅｐｉｒｒｓａｉｉｏｎｉａｇｅｓｅｔａｄｇａｈｅｓｉｔｌｓｔｒＡｆｅｄｄｎｇＡ１Ｓｒｍｏｆｅｅ．ｔｒａｉ一ｄｉｉｒ，ｔｅｍｉｒｓｒｔｅｏｈｅｓａｄｒａｈｃｏｔｕｃｕｒｆｔｔｎａｄｓｍｐｌＳｓｏｏｂｅｕａｉｆｃｅｉｈｗｎｔｎｓｔｓａ－ｔｒｎｉｏｍｉｙｂｃｕｓｈｅｐｉｒｒｔｌｓｌｃｎｇｔｅｔｉｅｒｅｏｅｉｅｅ，ｂｈｅｅｅｔｃｏｙｕｆｒｔｅａｅｔｒｍａｙｃｙｓａｉｉｏｅｓａｃｒａｎｄｇｅｆｒｆｎｍｎｔｕｔｔｕｔｃｉｓｌｃｓａｈｇｈｄｅｅｆｂｒｎｃｎｉｉｏｎｈａｉｇｒｅｏａｈｉｇ．Ａｆｅｄｄｎ一ａ — ｍｏｉｉｒ，ｔｃｏｓｒｔｒｆｔｔｒａｉｇＡ１ＰｎｄＣｕＰｄｆｅｈｅｍｉｒｔｕｃｕｅｏｈｅｓａａｄｓｍｐｌｉｍｏｇｎｏｂｃｕｓｗＰｔｎｄｒａｅｓｈｏｅｅｕｓｅａｅｎｅＡｌｐｈｓａｎｇｔｉｒｒｔｌｓｌｃｎｃａｅａｅｍｋｉｈｅｐｒｍａｙｃｙｓａｉｉｏｈｎｇｆｏｔａｄｓｅｎｔｍａｌｐｏｙｇｎａｒｉｌｄａｕｎｎｒａｅｒｍｈｅｂｏｒｈｅｔｉｏａｓｌｌｏｌｐａｔｃｅａｎｍｏｔｉｃｅｓｓｗｈｅｈｕｔｃｉｉｉｏｓｎｔｅｅｅｔｃｓｌｃｎｉｒｄｅ．Ｉｄｄｔｏｎ，ｉａｏｕｅｈｔａｔｒａｄｉｇＣｕＰｄｉｉｒｔｍｐｏｖｍｅｓｍｏｅｒ — ｅｕｃｄｎａｉｉｔｃｎｂｅｆｎｄｄｔａｆｅｄｎ — ｍｏｆｅｈｅｉｒｅｎｔｉｒｅｍａｋｂｌｎｈｅｕｆｍｉｙｏｇｎｉａｉｎｓｉｅｔｒＡｌｏｔｆｒｉｙｏｈｅｃｒａｅａｄｔｎｉｏｒｔｆｏｒａｚｔｏｓｂｔｅ．ｓｈｅｕｎｉｏｍｔｆｔｏｍｐｉｉｅｓｏｓｔｏｎｍｅｔｔｅｒｑｕｒｍｅｔｆｒｓａｄａｄｓｍｐｅｅｅｅｔｄｂｙｔｒｄｔｏｎｌｒｎ — ｔｄ．Ｔｈｉｒａｒｈｅｉｅｎｏｔｎｒａｌｖｎｔｓｅｈｅｔａｉｉａａｇｅｍｅｈｏｓｗｏｋｃｎｐｏ— ｖｄｅｃｉｅｉｎａｅｅｅｅｆｒｐｒｐａａｉｎｏｔｎｄａｄｓｍｐｅｏｆｈｇｈｓｌｃｌｍｉｉｅｎｗｒｔｒｏｎｄｒｆｒｎｃｏｅｒｔｏｆｓａｒａｌｉ — ｉｉｏｎａｕｎｕｍｌｏｃａｌｙａ — ｃｒｎＯｔｃｏｔｕｃｕｅｕｆｒｉｙｏｄｉｇｔｈｅｍｉｒｓｒｔｒｎｉｏｒｆｔ．ｉＫｅｒｓｍｏｆｅｙｗｏｄ：ｄｉｉｒ；ｍｉｒｔｕｃｕｒｎｉｏｍｉｙ；ｐｒｍａｙｃｙｔｌｓｌｏｃｏｓｒｔｅｕｆｒｔｉｒｒｓａｉｉｎ；ｅｔｃｉｉｉｏｎ；ｇ — ｉｃｎｃｕｅｔｃｓｌｃｈｉｈｓｌｏｉ

的Al-Si合金表面张力及组织的研究

毕业设计（论文）含Si3%-8%的Al-Si合金表面张力及组织的研究学生姓名王培鑫学号 08070220专业班级冶金（2）班指导教师张胜全提交日期2012-6兰州理工大学技术工程学院摘要表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界面上的张力。

液态合金表面张力是液态金属的重要参数之一，它是晶体生长、凝固过程模拟和铸造合金品质预测的关键因素，高温熔体表面现象在冶金、化工、熔盐和材料科学等领域十分普遍。

目前测量表面张力的方法有静态法和动态法。

根据实验条件和各种方法的特点，应用静滴法原理采用封闭管式炉两端通入氮气保护和金不被氧化的办法测出铝硅合金的表面张力，结合合金相图及硬度综合分析得出：铋即能细化铝合金组织又能够降低合金表面张力。

硅对合金组织细化和表面张力降低效果不明显。

组织细化和硅含量增加使铝合金硬度增加。

关键字：表面张力，铝硅合金，组织性能IABSTRACTThe surface tension is the tension of the liquid surface layer along the surface of molecular attraction is not balanced in any of the interface. The surface tension of the liquid alloy is one of the important parameters of the liquid metal, it is crystal growth, solidification simulation and a key factor in casting alloy quality forecast, high-temperature melt surface phenomenon is very common in areas such as metallurgy, chemicals, molten salt, and materials science. Static method and dynamic method for measuring surface tension. Under the experimental conditions and the characteristics of a variety of methods, application of intravenous infusion of the principle of the closed tube furnace at both ends into the protection of nitrogen and gold is not oxidized way to measure the surface tension of Al-Si alloy, combined with the alloy phase diagram and hardness analysis obtained: bismuth can refine aluminum alloy to reduce the surface tension. Silicon alloy microstructure refinement and surface tension reducing effect is not obvious. Microstructure refinement and silicon content aluminum alloy hardness increase.KEY WORDS：Surface tension,Al-Si alloys, microstructure and properties目录摘要 (Ⅰ)ABSTRATE (Ⅱ)1文献综述 (1)1.1引言 (1)1.2表面张力概述 (1)1.3测定高温熔体常用方法 (2)1.3.1动态法 (2)1.3.2静态法 (2)1.3.2.1最大气泡法 (2)1.3.2.2拉筒法 (3)1.3.2.3滴外形法 (5)1.3.2.4毛细管上升法 (7)1.4表面张力在各领域中的重要性 (8)1.4.1表面张力在铸造中的作用 (8)1.4.2表面张力在熔盐中的体现 (8)1.4.3表面张力在高温熔体中的体现 (8)1.4.4表面张力在高表面能固体中的体现 (8)1.4.5表面张力在液态金属中的体现 (9)1.5国内外研究现状 (9)1.5.1国内动态 (9)1.5.2国外动态 (10)1.6铝合金的分类﹑性能及用途 (10)1.6.1铝合金的分类与标示 (10)1.6.2铝合金的用途 (11)1.6.3铝合金的用途 (11)1.7金属元素对合金组织性能的影响 (11)1.7.1铋对铝硅合金稳定性的影响 (11)1.7.2铋对铝硅合金耐磨性的影响 (12)1.7.3铋对铝硅合金组织的影响 (12)1.7.4铋对锌铝合金性能的影响 (12)1.8展望 (12)2实验过程 (13)2.1实验准备 (13)2.1.1实验仪器 (13)2.1.2主要设备简介 (13)2.1.3实验材料 (14)2.2实验流程 (14)2.2.1实验流程 (14)2.2.2实验装置图 (14)2.2.3实验过程介绍 (14)3实验结果及讨论 (16)3.1实验原理 (16)3.2实验照片的处理方法 (16)3.2.1绘制与铝合金熔滴外形一致的椭圆曲线 (16)3.2.2铝合金熔滴水平截面特征数值和体积的获取 (17)3.2.3电脑处理铝合金熔滴照片实况记录 (18)3.3实验结果及分析 (19)3.3.1铝合金金相分析 (19)3.3.2铝合金硬度分析 (22)3.3.3铝合金表面张力分析 (23)4结论 (25)参考文献 (26)外文文献 (28)中文翻译 (42)致谢 (57)1文献综述1.1引言表面张力就是界面张力，通常将物体表面单位长度作用的力称为表面张力，它是合金熔化、熔体处理、凝固等过程中气相和固相、气相和液相、固相和液相的重要物理性质参数之一，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。

织构对铝合金性能的影响

内蒙古科技大学本科生课程论文题目：织构对铝合金性能的影响学生姓名：张治国学号：200861107112专业：金属材料工程班级：材料2008-1班指导教师：孙浩织构对铝合金性能的影响摘要铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。

铝合金阳极已经发展到三元甚至更多元合金，而且所应用的范围也越来越广。

铝合金结构在一定条件下可以是比钢结构更好的选择，其具有轻质、可模性好、耐腐蚀等优点。

热处理制度决定着材料的微观组织, 而微观组织又决定着材料的力学性能。

晶界组织与过时效态的晶界组织相似, 使合金具备了高强度、高抗应力腐蚀开裂性和高抗剥落腐蚀性。

高强度铝合金中应用量最大和应用领域最广的仍然具有广阔的应用前景。

关键词：铝合金；结构；影响；组织Structural on the properties of aluminum alloy influenceAbstractAluminium alloy is the most widely used in industry of a class of non-ferrous metal structure material, in aviation, aerospace, automotive, machinery manufacturing, shipping and the chemical industry has a large application. Aluminum alloy anode has developed to three yuan even more Multiple alloy, and the application range of the more and more widely. Aluminum alloy structure in certain conditions can be a better choice than steel structure, its has the advantages of good, can die, corrosion resistance, etc. Heat treatment system dec ides the microstructure of materials, and microstructure and determines the mechanical properties of materials. Grain boundaries organization and a ageing state grain boundaries of the organization, alloy has the similar high strength, high stress corrosio n cracking resistant and corrosion of spalling.High-strength aluminum alloy in the largest and the most widely application field of still has the broad application prospect.Key words: Aluminum alloy,structure,influence ，organization，0.引言铝合金具有轻质、美观、可模性好、耐腐蚀、易于维护等特点，最早应用于航空工业，之后又成功地应用于铁道工业、汽车工业和船舶工业等众多产业。

高温空气氧化对高硅铝合金材料组织及物理性能的影响

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第１８卷第２期
、ｏ．８ＮＯ２，１．１
中国有色金属学报
ＴｈｉｅｅＪｕｎｌｆｎｅｒｕｅａｓｅＣｈｎｓｏｒａｏＮｏｆｒｏｓＭｔｌ
２０年２月０８
．
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高硅铝材料介绍-2018.04(简)

15045069318@
张春伟铸鼎工大副总 15045069318
邢大伟铸鼎工大总经理哈工大材料学院研究员 13804603138
热膨胀匹配机械稳定性机械强度各向同性低密度导热性好机加性能好可电镀性可焊接性真空密封性
高硅铝合金综合性能最优
综上所述，高硅铝合金作为第三代组件级的封装材料，具有最好的综合优势。
与同为第三代组件级封装材料的碳化硅/铝相比,高硅铝合金具有易于加工成型、良好的焊接和镀涂性能。而碳化硅/铝材料在加工具有复杂结构的型腔时，几乎是不可能完成的。
2、梯度高硅铝合金材料坯锭与壳体件包括 (三层梯度27-38-50Si)— 代号TD50Si （三层梯度38Si-50Si-60Si）-- 代号TD60Si (三层梯度38-55-70Si) -- 代号TD70Si
3、平面梯度盖板、梯度板型件 27/50Si
目前已成功应用于电子封装方面的产品样品
热膨胀系数：7~17´ 10-6/K（可调）
导热率： ≥ 120W/m.K
密
度：2.4~2.6g/cm3
气密性满足国军标GJB548B-1014要求（<1.0 ´ 10-9Pa.m3/s）
镀层质量，满足国标GB/T 5270-2005
4、三代封装材料基本性能指标对比
几种常用封装材料性能指标
制备梯度材料目的：
27Si 38Si 50Si 38Si 27Si
兼顾高硅的低膨胀性与低硅的良好焊接性
宏观有界限，微观无界线
双面梯度试样
a)
b)
c)
d)
e)
30%Si
界面
40%Si
界面
Ø 随着梯度成分变化，在金相组织中，硅相含量逐渐增加

铸造合金熔炼工艺及组织

（五）、实验报告要求
1. 简述实验目的、实验内容和实验过程； 2. 阐述去气精炼的目的和原理以及铝硅合金的变质机理； 3. 比较铸造铝硅合金去气精炼前后组织及性能的变化并分析其变化规律； 4. 分析铝合金在不同的冷却速度（凝固条件）下组织的变化规律及其对性能的影响。
四、实验内容
1. ZAlSi13合金的熔炼、性能检测及组织观察
2. 铸造铝合金的凝固过程控制
1、ZAlSi13合金的熔炼、性能检测及组织观察
（1）化学成分的选择
ZAlSi13合金,共晶型合金源自（2）配料计算 ZASi28
ZASi13
（3）ZAlSi13合金的熔炼过程
装料、熔化
C2Cl6
不精炼
浇注试样（3个）浇注试样（3个）
2、铸造铝合金的凝固过程控制
（1）铸型的准备砂型金属型（2）试样准备将上述熔炼好的ZAlSi13经去气精炼和变质处理后分别浇注到准备好的两种不同的铸型中，成型后加工成标准试样。
⑶ 性能检测将加工后的试样进行硬度测定，比较两种不同的凝固条件下性能的变化情况。 ⑷ 金相组织观察制成金相试样，观察两种不同的凝固条件下组织变化的情况。
铸造合金熔炼工艺及组织性能检验实验
指导教师：艾秀兰
一、实验概述
影响铸件性能最直接的因素是其金相组织和显微结构，而影响组织结构最重要的因素是合金的成分和凝固条件。本实验以铝合金为例，观察其熔炼工艺，并对其熔炼后得到的组织进行观察，检测合金的铸造性能、金相组织和力学性能。通过本次实验可以学习实际生产中的主要工艺过程，增进对铸造生产各工序特点及相互间联系的理解。
二、实验要求
初步掌握铝合金的熔炼工艺过程，观察精炼前、后浇铸试样的凝固液面变化；分析铸造铝硅合金组织与性能的关系以及铝硅合金变质前、后的金相组织变化和对机械性能的影响；分析铝合金在金属型铸造和砂型铸造条件下的组织和性能。

细晶硅粒子对快速凝固高硅铝合金性能的影响

细晶硅粒子对快速凝固高硅铝合金性能的影响
胡锐勾宏图，来苏商宝禄，郑，
（西北工业大学凝固技术国家重点实验室，安７０７；河南新机股份有限公司．乡４３０）・西１０２！新０２５
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第２１卷第ｊ期
２０ｏ２芷
机械科学与技术
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＮＤＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＴ
ＮＯ．ｉ２（Ｊ０２
９月
文章编号：０３８２（０２）５０１－２１０ — ７８２００ — ８０３
ｄｅｐｏｓｔｄｉｅｍｅｈｔｏｄ．ｔｅａｔｏｎｓｐｂｔｅｈｅｃｈｅｒｌｉｈｉｅｗｅｎｔｏｏｌｎｇｒｔｎｄｔｉｒｔｕｔｅｗａｓｄｉｅｕｓｄＴｈｔｅｉａｅａｈｅｍｃｏｓｒｃｕｒｓｓｅｅｓｒｎｇｔｎ— ｈｅ
长期以来．规铸造法是生产高硅铝合金的主要方法。常但由于此方法的冷却速度较慢．此合金中的初生硅粒子十因分粗大．使采用了严格的工艺控制和好的变质剂，生硅即初
合金加入中频炉中熔化后．用自行研制金液在Ｎ气保护的雾化装置中雾化．沉积在水并
ａｂｏｕ６ｎｔ１．一３８１ＭＰａ．９１ＭＰａ。

超音速气雾化高硅铝合金粉末高温加热组织及性能演变

１上海交通大学材料科学与工程学院，海２０３））（上０００２哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，尔滨１００））（哈５０１
摘
要：本文利用超音速气体雾化法制备快速凝固高硅铝合金粉末，合金粉末在不同温度加热处理后合对
维普资讯
第２０卷第４期２００２年８月
粉末冶金．
Ａｕｇ．０２２０
超音速气雾化高硅铝合金粉末高温加热组织及性能演变
谢壮德一沈军２孙剑飞２周彼德２李庆春２））
平。
关键词：超音速气体雾化；硅铝合金；速凝固；织及性能演变高快组
ＤｅｅｏｖｌｐｍｅｆＭｉｒｓｒｃｕｒｎｄＰｒｐｅｔｆＰｏｄｒｆａＨｉｈｎｔｏｃｏｔｕｔｅａｏｒｙｏｗｅｓｏｇＳｉＡｌＡｌｏａ－ｌｙＭｎｕｆｔｒｄｂｌｒｓｎｉａｃｕｅｙＵｔａｏｃＧａｏｉａｔｏＰｒｃｓｆｅｆｅｅｔＨｅｔＴｒａｔｅｓＡｔｍｚｉｎｏｅｓａｔｒＤｉｆｒｎａｅｍｎｔ
ＸｉｕｎｄｅＺｈａｇｅＳｅｉ）ＳｎＪａｆｉ）ＺｈｕＢｉｅＬｎｃｕ２ｈｎＪｍ２ｕｉｎｅｏｄ２ｉＱｉｇｈｎ
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快速凝固

快速凝固技术概论1．引言快速凝固是通过合金熔体的快速冷却（≥104~106KS-）或非均匀形核被遏制，是合金在大的过冷度下发生高生长速率的凝固。

采用快速凝固技术制备快速凝固微晶，准晶，非晶等非平衡亚稳新型结构及功能材料，是提高传统金属材料性能，挖掘现存材料性能潜力和研究开发高性能新材料的重要手段之一。

利用快速冷却的技术不仅可以显著改善合金的微观组织，提高其性能，而且可以言之在常规铸造条件下无法获得的具有优异性能的新型合金。

2.快速凝固技术的概括快速冷却技术起源于1960年Duwez教授采用独特的急冷急速使金属凝固速度道道106K/s 而制备出的Au75Si25非晶合金薄带。

他们的发现，在世界的物理冶金和材料学工作者面前展开了一个新的广阔的研究领域。

在快速凝固条件下，凝固过程的一些传输现象可能被抑制，凝固偏离平衡。

经典凝固理论中的许多平衡条件的假设不再适应，成为凝固过程研究的一个特殊领域。

进入70年代，非晶态材料领域的研究更为活跃，可制备出连续的等截面长薄带技术得到了发展，金属玻璃（Metagla）非同寻常的软磁性（高饱和磁化强度、非常低的矫顽磁性、零磁颈缩和高电阻率），促进了该领域的研究，同时也推动了这些新型磁性材料（尤其是变压器磁芯材料）的应用和发展； 80年代，可制备Φ300、Φ200管； 90年代，可制备Φ600，长1M的管、坯。

在凝固过程中获得足够高的冷却速度需满足两个重要条件，首先，在理想冷却过程中，凝固冷速T与截面厚度Z（mm）有以下关系：T＝104Z－2表明凝固冷速与截面Z的二次方成反比。

因此，熔化金属必须以至少在一维方向上足够小的流速形式输送，使之具有高比表面积，以利于热量迅速散失。

其次，通过增大液态合金表面积，以最大程度地增加熔体与冷却介质的接触来迅速散热，这可以在加工过程中通过改变熔体形状（如将熔体铺展在基底上形成薄膜），或将熔体分散成小液滴（如雾化）来实现。

目前实现快速凝固的途径主要有2条：（1）急冷快速凝固技术。

挤压及半固态等温处理对Al-30%Si合金组织的影响

ｔｅｍａｅｔｔｅｔｎｓｃｒｉｄｏｏＡ１３％Ｓｌｙｈｒｌｈａｒａｍｅｔｗａａｒｅｎｔ — ０ｉｌ．Ｔｈｖｒｇｉｍｅｅｎｈｏ — ａｏｅａｅａｅｄａｔｒａｄｔｅｎｄ
ｕａｉａｉｎｏｈｅｐｒｍａｙｓｌｃｒｅｓｒｄｂａｆｏｉａｃｏｃｐｅａｍａｌｒｚｔｏｆｔｉｒｉｉｏｎｗｅｅｍａｕｅｙｍｅｎｓｏｐｔｃｌｍｉｒｓｏｎｄＩｇｅＰｒｕ．ＴｈｅｒｓｔｎｃｔｄｔａｘｒｉｎｄｆｍａｉｎｃｎｓｇｆｃｎｔｙｒｆｎｅｐｉａｖｏＰｌｓｅｕｌｓｉｄｉａｅｈｔｅｔｕｓｏｅｏｒｔｏａｉｎｉｉａｌｅｉｒｍｒｓｌｏｉｃｎ．Ｂｏｈｔｍｐｒｔｅａｈｏｌｉｉｅｄｕｉｅｉｓｉｓｔｒｌｈａｒａｍｅｔｉｔｅｅａｕｒｎｄｔｅｈｄｎｇｔｍｒｎｇｓｍ — ｏｌｄｉｏｈｅｍａｅｔｔｅｔｎ — ｈａｅａｐｒｎｔｉｌｅｃｎｔｃｏｔｕｔｒｆｔｌｏ．Ｔｈｅｂｅｔｒｍｉｒｓｒｔｒａｖｐａｅｎｆｕｎｅｏｈｅｍｉｒｓｒｃｕｅｏｈｅａｌｙｓｔｅｃｏｔｕｃｕｅｃｎｂｅｏａｎｅｔａｏｕ４ ℃ ａｈｅｈｏｄｎｇｔｍｅａｏｕ０ｍｉ．ｂｔｉｄａｂｔ６０ｎｄｔｌｉｉｂｔ１ｎＫｅｒ：ｇｉｃｎａｕｍｉｍｌｙ；ｐｉａｙｉｉｏｙｗｏｄｓｈｉｈｓｌｏｌｉｎｕａｌｏｒｍｒｓｌｃｎ；ｅｔｕｉｎ；ｓｍｉｓｉｉｏｈｅｍａｘｒｓｏｅ — ｏｌｄｓｔｒ１ｈｅｔｔｅｔｎａｒａｍＰｔ

alsi合金快速凝固sps烧结组织及性能

）实验内容
长春工业大学
（二）实验内容
试验方法及制备过程
铸棒的制备 1.首先将磨具烘干，将涂料均匀涂抹在磨具外表面。 2.使用中频感应炉将石墨坩埚预热至暗红色，（大约为550-600摄氏度）。先将铝料加入坩埚中，升温至720°C熔化，当铝料成浆糊状时，出去表面熔渣。 3.熔体过热至约880°C,将破碎好的纯晶体硅放入钟罩中，迅速将装有装有块状晶体硅的钟罩快速压入纯熔体中，保温15-20min,待晶体硅颗粒全部溶解后取出钟罩，均匀搅拌后，静止几分钟。 4.若熔体表面存在熔渣，需用撇渣勺及时将其打捞出，然后将其浇筑到经预热至250°C左右的金属磨具中，冷却后打开磨具，取出金属棒。 5.重复以上步骤制备不同硅含量的铸棒。 6.对熔炼成的铸棒就行切割，切成长度约为35mm，对其进行表面处理（去除表面氧化膜），随机取两个式样进行测试。）实验内容
长春工业大学
（三）实验结果分析及总结
高硅铝合金烧结前后微观组织表3.1传统与SPS烧结硅晶粒对比铝硅合金处理方法硅晶粒大小μm
传统铸造
（RS)SPS粉末烧结
20-80
0.15-0.21
SPS不同温度对高硅铝合金影响表3.2不同温度SPS烧结硅晶粒对比
硅晶粒大小μm 290℃烧结 310℃烧结 0.15-0.18 0.17-0.21
长春工业大学
（五）感谢
（五）感谢
当大学的生活即将以这篇学位论文划上一个句号时，笔者心中充满了激动和感慨。衷心感谢多年求学路上给予我无私关怀和真诚帮助的各位老师和学长，并将最真诚的谢意献给我尊敬的导师赵占奎教授。在学习和实验中，赵老师给予了无微不至地关怀。对本研究的工作，赵老师悉心指导，他开阔的思维、敏锐的洞察力，在重要问题上起了关键性的作用：在日常生活中，赵老师对于为人处世的言传身教，使笔者受益终身。感谢研究生刘鹏超学长，在试验工作方面所提供的帮助。备方面的知识，并对本试验的研究提出了有益的建议，提供了很多的帮助。最后衷心感谢赵老师和刘鹏超学长的关爱和教诲，有他们强大的精神支持，以及悉心的指导，才能顺利完成实验及论文。

表面硬化处理

表面硬化处理所谓表面硬化法是指通过适当的方法使零件的表层硬化而零件的心部仍然具有强韧性的处理。

通过这种处理，可以改善零件的耐磨性以及耐疲劳性，而由于零件的心部仍然具有良好的韧性和强度，因此对冲击载荷有良好的抵抗作用。

常用的表面硬化处理方法主要有渗碳、氮化、硬质阳极氧化、镀铬、表面淬火以及渗金属等。

一.渗碳钢的渗碳就是含碳量较低的钢制零件在渗碳介质中加热或者保温，使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量，在淬火之后，含碳量高的表层硬度很高，而含碳量低的心部硬度低仍具有良好的韧性。

目的是使零件获得高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。

主要用于承受磨损、交变接触应力或者弯曲应力和冲击载荷的零件，如轴、齿轮、凸轮轴等，这些零件要求表面有很高的硬度而心部要有足够的强度和韧性。

渗碳法分为固体渗碳法、液体渗碳法和气体渗碳法三种。

另外还有真空渗碳法。

固体渗碳法就是把零件放入固体渗碳剂（由木炭粉以及BaCO3和Na2CO3等促进剂组成）中然后放入渗碳容器里加热到900℃—930℃保温一定时间。

液体渗碳是把工件浸入以氰化钠（NaCN）为主（含NaCl、NaCO3和Na2CO3等添加剂）的熔融盐浴里，氰化钠分解所生成的C和N渗入工件中。

气体渗碳是把零件放入通有CH4和CO的容器里加热使碳原子渗入工件表面。

渗碳层的深度可以达到几个毫米，其深度随渗碳时间的增加而增加，随渗碳温度的升高而加深，但是渗碳速度随时间的延长而减慢。

对不要渗碳的部位一般采用镀铜保护或者预留加工余量、渗碳后把该处切掉的方法进行防护。

渗碳后必须进行淬火和低温回火处理以得到零件所需要的硬度（可达HRC55—65），注重高硬度时在150℃左右回火，而为了保持零件的尺寸精度，防止时效变形时在180℃—200℃左右回火。

最后必须要提及一点是，我们经常提到的渗碳层深度是指淬火后的有效硬化层深度，国标GB9450—88上规定为从零件表面到维氏硬度值为550HV的距离，实际碳在零件中扩散达到的距离比这个要大得多。

压铸基础知识之压铸铝合金化学成分作用与影响_机械

2、压铸的特点
2）、压铸与其他铸造方法想比较的三大方面优点： 1. 产品质量好铸件尺寸精度高，一般相当于6~7级，甚至可达4级；表面光洁
度好，一般相当于5~8级；强度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高25~30％，但延伸率降低约70％；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件。例如，当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm；铝合金铸件可达0.5mm；最小铸出孔径为0.7mm ；最小螺距为0.75mm。 2.生产效率高机器生产率高，例如国产JⅢ3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600～700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸 3000~7000次；压铸型寿命长，一付压铸型，压铸钟合金，寿命可达几十万次，甚至上百万次；易实现机械化和自动化。 3.经济效果优良由于压铸件尺寸精确，表泛光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时；铸件价格便易；可以采用组合压铸以其他金属或非金属材料。既节省装配工时又节省金属。
铁能减少产品粘模倾向，易于压铸，在1.0%～ 1.5%是有益的，低于0.7%则使铝合金液易与模具粘合而拉伤，以致铸件表面多肉或崩缺，特别是当铁含量在0.6％以下时尤为强烈；铝硅系、铝硅铜系合金若含过量铁，则会生成金属化合物，从而使产品局部硬点，产品易产生裂纹故含铁量一般应控制在0.7～1.5％范围。但最高不能超过 1.5％。
能提高耐蚀性和强度，但含量过多会产生硬化和脆性，在适量锰的作用下，可减少产品粘模倾向；
7）. 镍（Ni）
镍在铝合金中能提高合金的强度和硬度，降低耐蚀性。镍与铁的作用一样，能减少合金对模具的熔蚀，同时又能中和铁的有害影响，提高合金的焊接性能。当镍含量在1～1.5％时，铸件经抛光能获得光洁的表面。由于镍的来源缺乏，应尽量少采用含镍的铝合金。

单向凝固中温度梯度和凝固速度对铝硅合金共晶生长形态的影响

··凝固过程中，固-液界面的生长形貌是影响合金组织性能以及缺陷形成的重要因素。

Al-Si 合金具有优异的铸造性能，良好的力学性能及其他物理化学性能，是研究和应用最为广泛的铸造铝合金，占铝铸件产量的85%~90%，且适用于各种铸造方法。

大多数的铸造缺陷往往出现在合金凝固的最后阶段，而铝硅共晶体是铝硅合金凝固最后阶段的主要组织，铝硅共晶体的生长形态是影响合金性能的重要因素。

20世纪60年代，Kim 和Heine [1]对变质和未变质共晶铝硅合金的凝固模式进行了研究，发现变质合金中共晶体倾向于从铸件表层向中心生长，而未变质合金中共晶体在熔体中沿任意方向生长。

A.K.Dahle 等[2-7]对铝硅合金共晶凝固形核与生长进行了大量研究，发现未变质A356合金中有独立形核的共晶团且大部分α-Al 共晶体和树枝状α-Al 晶体取向一致，说明先析出α-Al 相是共晶体有效形核核心；另外还发现未变质工业铝硅合金中共晶体的形核是充分的，而未变质高纯铝硅合金中只有很少共晶团形成。

加入Sr 后，工业铝硅合金中形核率降低，而对高纯铝硅合金无明显影响。

蔡惠民和孙伟成等[8-10]对共晶凝固的机制及组织形态进行了研究，发现凝固条件不同得到的硅晶体形貌差别很大。

然而，他们的研究重点都是共晶组织的微观形成机制，探讨共晶组织中α-Al 相和Si 相的生长形态和相互关系，而没有当成一个整体来研究共晶体的生长形态。

铝硅合金凝固后期往往是共晶体的凝固过程，也是合金中微孔大量形成的阶段，本文研究了不同凝固条件下共晶体的生长形态，这将对研究铝合金中微孔的形成有重大的理论意义和应用价值。

由于凝固过程中固液界面形貌演化是一个涉及热量、质量和动量传输，以及界面动力学和毛细作用效应的自由边界问题，这一问题的复杂性造成目前在试验研究和理论分析上存在许多障碍，故在一黄婉如，廖恒成，吴申庆，孙国雄（东南大学材料科学与工程学院，江苏南京211189）摘要：对Al-13Si-0.2Sr-0.35Mg 合金进行了一系列单向凝固实验，研究了界面前沿温度梯度G L 和生长速度R 对铝硅合金共晶生长形态的影响。

快速凝固喷射沉积制备Al-40Si组织分析

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Ａ —０ｉ硅铝合金锭坯，过光学显微镜及扫描电镜对其组织进行了分析。结果表明：金组织特征为初生１Ｓ高４通合
ｓ相均匀弥散分布于ａ基体中，出现共晶ｓ组织；着合金中ｓ含量的增加，生硅相的数量增加，ｉ一未ｉ随ｉ初平均尺寸增大；试验所制备的Ａ一０ｉ金中初品硅粒子大小为５０ｍ，随合金锭坯部位的不同，生ｓ本ＩＳ合４～３／并￣初ｉ大小不同，心部位最小，部次之，部最大。中底边