过共晶铝硅合金新型变质剂的研究

·62·轻金属2011年第8期作者简介：杨永建（1986－），男，山西长治人，硕士研究生，主要研究铝合金铸造造。

收稿日期：2011－03－16过共晶铝硅合金新型变质剂的研究杨永建，张绪平，朱洪睿，牛志鹏（中国矿业大学材料学院，江苏徐州221116）摘要：通过拉伸实验和金相观察，研究了过共晶铝硅合金新型变质剂不同变质时间及添加顺序对变质效果的影响。

时效性实验表明：自制新型变质剂对过共晶铝硅合金具有良好的变质效果；在15min 120min 内，共晶硅得到了更好的变质效果，呈细小的短杆状、粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al 基体上；在15min 120min 内，随时间的延长，初生硅的形状先统一、规则，呈板块状，分布均匀，棱角钝化，平均尺寸较小，达到18um ，然后初生硅形状不再统一、规则，平均尺寸变大；复合变质剂中的TiʒC 、Sr 盐、Ca 盐变质作用在15min 内变质效果不大，在45min 后开始失效；而Cu 盐和稀土起短效变质作用；复合变质剂较优加入顺序为：在加入复合变质剂中的Ti ：C 、Sr 盐、Ca 盐45min 时，再加入Cu 盐和稀土具有良好的变质效果。

关键词：变质剂；抗拉强度；显微组织；时效性中图分类号：TG27文献标识码：A 文章编号：1002-1752（2011）08-62-3Studies on a new modifier of hypereutectic Al －Si alloysYANG Yong －jian ，ZHANG Xu －ping ，ZHU Hong －rui and NIU Zhi －peng（China University of Mining and Technology ，Xuzhou 221116，China ）Abstract ：The article through the tension experiment and metallographic observation ，researches the influence of different modification time and adding or-der on modification effects of the new modifying agent on hyper －eutectic Al －Si alloys ，aging performance．The results show that by using self －mademodifying agent has a significant effect modification effects on hypereutectic Al －Si alloys ，between 15 120min ，eutectic silicon got better modification effect ，it shows tiny short rod ，granular ，rounded corners ，distributes and disperses in Al substrate ；between 15 120min ，as time increases ，first the shape of primary silicon becomes uniformly ，regular ，platy ，edges become passivation ，average size is approximately 18？m．Then the morphologies of primary silicon become irregular and make greater in size．Ti ：C ，strontium salt ，calcium salt in composite modifying agent have a little modification effects less than 15min ，then cease to be in force after 45min ；and that copper salts and rare earth elements make short －acting modification functions．The best adding order of composite modifying agent is ：first ，add Ti ：C ，strontium salt and calcium salt ，then after 45min add copper salts and rare earth elements．Key words ：modifying agent ；tension strength ；microstructure ；aging performance过共晶铝硅合金具有密度小、热膨胀系数小、耐磨性和尺寸稳定性好等优异性能，其在国外活塞生产中已得到广泛应用，然而我国的活塞生产材料多以共晶铝硅合金为主，不能满足当今车用发动机高功率、高寿命的性能使用要求，所以过共晶铝硅合金活塞的研制是发动机不断更新发展的需求，但过共晶铝硅合金要应用于实际生产则必须解决其组织的细化问题［1 6］。

本文通过含盐复合变质剂对过共晶A1－15%Si 合金不同变质时间及添加顺序对变质效果的影响，研究变质剂的时效性及不同组分的时效性。

1实验材料及方法1．1实验材料实验所用复合变质剂主要由Ti 、C 和稀土组成，其成分配比如表1所示，所用的过共晶A1－15%Si合金由A1－40%Si 和纯Al 配制。

表1复合变质剂配比表元素成分TiʒC Cu 盐，%Sr 盐，%Ca 盐吗，%稀土，%）F 含量5ʒ10．050．081．10．41．2实验方法在GR2=5铝合金熔炼炉熔炼A1－15%Si 合金到温度后，加入复合变质剂，经保温后，浇注拉伸试样；为研究变质时间对复合变质剂变质效果的影响，加入变质剂后变质时间分别为15min 、30min 、45min 、60min 和120min ，然后浇注试样；为分析复合变质剂不同组分的时效性，先加入复合变质剂中的TiʒC 、Sr 盐、Ca 盐，然后分别保温15min 、30min 、45min 、60min 和120min 后加入Cu 盐和稀土，保温一定时间后浇注试样。

在CSS －44300电子万能试2011年第8期杨永建，张绪平，朱洪睿，牛志鹏：过共晶铝硅合金新型变质剂的研究·63·验机上测量拉伸强度；用OLYMPUS金相显微镜观察初生硅的大小。

2结果与分析2．1变质时间对抗拉强度和初生硅尺寸的影响表2为不同变质时间分别为15min、30min、45min、60min和120min后所测得的抗拉强度和初生硅尺寸值；图1分别为不同变质时间放大400倍的显微组织；图2和图3分别为抗拉强度和初生硅尺寸随变质时间的变化曲线。

表2不同变质时间对应的抗拉强度和初生硅尺寸试验编号时效时间，min抗拉强度，MPa初生硅尺寸，μm 115202．0618230218．3218345225．2717460207．92255120165．5635由表2及图1和图2可以看出，变质时间在15min 45min中，随变质时间的延长，抗拉强度逐渐变大，而初生硅尺寸几乎不变；变质时间大于45min后，随变质时间的延长，抗拉强度逐渐减小，而初生硅尺寸逐渐变大。

结合显微组织（图1）可以看出，在15min 45min内，随时间延长，合金组织形貌均匀性好，初生硅形状统一，呈板块状，分布均匀，棱角钝化，平均尺寸在18um左右，而共晶硅则得到了更好的变质效果，呈细小的短杆状，有的呈现粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al基体上，从而引起抗拉强度的提高；变质时间大于45min后，随时间延长，初生硅形状不再统一、规则，平均尺寸变大，而共晶硅依然呈细小的短杆状，有的呈现粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al基体上。

因此，随时间延长，复合变质剂使共晶硅得到很好的变质效果，呈细小的短杆状，有的呈现粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al基体上；但初生硅的形状先统一，呈板块状，分布均匀，棱角钝化，平均尺寸变小，然后初生硅形状不再统一、规则，平均尺寸变大。

2．2间隔时间对抗拉强度和初生硅尺寸的影响表3为先加入复合变质剂中的TiʒC、Sr盐、Ca 盐，然后分别在保温15min、30min、45min、60min和120min后加入Cu盐和稀土所测得的抗拉强度和初生硅尺寸值；图4分别为不同间隔时间放大400倍。

的显微组织；图5和图6分别为抗拉强度和初生硅尺寸随间隔时间的变化曲线。

·64·轻金属2011年第8期表3不同间隔时间对应的抗拉强度和初生硅尺寸试验编号停留时间，min 抗拉强度，MPa 初生硅尺寸，μm615209．7717730215．0716845237．4218960211．132510120180．7127由表3及图5、图6可以看出：间隔时间在15min 30min 中，随间隔时间的延长，初生硅尺寸变小；间隔时间在30min 45min 中，随间隔时间的延长，初生硅尺寸变大；而间隔时间在15min 45min 中，抗拉强度都是逐渐变大；间隔时间在45min 60min 中，随间隔时间的延长，抗拉强度急剧减小，而初生硅尺寸快速变大；间隔时间在60min120min 中，随间隔时间的延长，抗拉强度减小变慢，而初生硅尺寸变大也相对缓慢。

结合显微组织（图4）可以看出：在15min 30min 内，随时间延长，合金组织形貌均匀性变好，初生硅呈板块状，平均尺寸减小，而共晶硅得到了更好的变质效果，呈细小的短杆状、粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al 基体上，从而引起抗拉强度的提高；间隔时间在30min 45min 内，随时间延长，块状初生硅平均尺寸略微变大，出现针状细小的初生硅，而共晶硅依然呈细小的短杆状、粒状，端部圆滑，均匀紧密；间隔时间在45min 60min 内，随时间延长，虽然共晶硅依然呈细小的短杆状、粒状，端部圆滑，均匀紧密，但块状初生硅平均尺寸增大明显；间隔时间在60min 120min 内，随时间延长，块状初生硅平均尺寸快速变大，并出现针状初生硅和块状初生硅融合现象。

图4不同间隔时间的显微组织ˑ4002．3分析与讨论由表2及图1、图2、图3可以看出：变质时间在15min 45min 内，随变质时间的延长，初生硅尺寸几乎不变，因而其对基体的割裂作用变化不大，而共晶硅呈细小的短杆状、粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al 基体上，提高了硅的固溶作用，引起材料抗拉强度的提高；变质时间大于45min 后，随变质时间的延长，因初生硅尺寸逐渐变大，对基体的割裂严重，因而使材料的抗拉强度降低；因而复合变质剂在45min 后开始失效，60min 后失效加速。