電磁攪拌對(duì)共晶鋁硅合金微觀組織的影響.pdf

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1、第24卷第3期洛陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)VO1．24No．32014年9月JournalofLuoyangInstituteofScienceandTechnologyaturalScienceEdition)Sep．2014電磁攪拌對(duì)共晶鋁硅合金微觀組織的影響段紅萍(福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，福建福州350003)摘要：分析了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的電磁攪拌作用對(duì)共晶鋁硅合金微觀組織組成、形態(tài)及分布的影響，探討了磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)共晶鋁硅合金結(jié)晶過(guò)程的作用機(jī)理及作用規(guī)律。關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；共晶鋁硅合金；微觀組織DOh10．3

2、969／j．issn．1674-5043．2014．03．002中圖分類號(hào)：TG253文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674．5043(2014D30005-05鑄造共晶鋁硅合金的含硅量為12．6％，具有熱膨脹系數(shù)低、密度小、尺寸穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱能力強(qiáng)、耐磨、耐腐蝕等特性，適用于制造質(zhì)輕、耐磨的零件。鋁硅合金的質(zhì)量和性能與其結(jié)晶組織密切相關(guān)。就宏觀組織而言，鑄件的質(zhì)量與性能主要取決于柱狀晶區(qū)與等軸晶區(qū)的比例及晶粒的大小。一般說(shuō)來(lái)，晶粒越細(xì)，其綜合性能就越好，抗疲勞性能也越高。就微觀組織而言，鋁硅合金不同顯微組織的形態(tài)及分布

3、直接影響到合金的質(zhì)量與性能。通過(guò)改變凝固條件，可使鋁硅合金宏觀組織晶粒細(xì)化，柱狀晶與等軸晶的比例改變，并可獲得不同的顯微組織形態(tài)及分布，從而改善合金的綜合性能。磁場(chǎng)細(xì)化是指使合金在磁場(chǎng)中凝固的方法，它利用了合金熔體與磁場(chǎng)的相互作用，使熔體在電磁力的作用下產(chǎn)生振動(dòng)和發(fā)生對(duì)流以促進(jìn)形核和等軸晶的形成，從而達(dá)到細(xì)化宏觀凝固組織，改善顯微組織形態(tài)及分布的目的。在動(dòng)態(tài)結(jié)晶方面，采用磁場(chǎng)攪拌的方法，以其不改變合金的原有成分、無(wú)污染、無(wú)接觸、操作方便、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛研究和應(yīng)用??；陔姶艛嚢枳饔脤?duì)共晶鋁硅合金凝固組織

4、的影響，本文主要研究旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)共晶鋁硅合金顯微組織的影響規(guī)律，并分析其作用機(jī)理。1實(shí)驗(yàn)過(guò)程1．1實(shí)驗(yàn)材料及裝置采用99．7％的工業(yè)純鋁和高純結(jié)晶硅配制含硅量12．6％的共晶鋁硅合金。熔煉設(shè)備采用SX2．5．12箱式電阻爐，坩堝為高純石墨坩堝，澆注的鑄型是尺寸為80×150／70×150的高純石墨圓筒鑄型。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)裝置由TSGC2J．2O型接觸式三相調(diào)壓器和三相異步電動(dòng)機(jī)定子組成，調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓以改變磁場(chǎng)大?。徊捎脀3oo~溫表測(cè)量澆注溫度；采用鎳鉻鎳硅鎧裝型熱電偶測(cè)量金屬液溫度。1．2實(shí)驗(yàn)步驟先將與鋁液接觸的用具進(jìn)

5、行干燥、預(yù)熱。開啟電阻爐，待石墨坩堝呈暗紅色時(shí)投入鋁料，當(dāng)鋁升溫至660℃附近時(shí)，將結(jié)晶硅用碳棒壓入鋁液內(nèi)部。待出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象將電阻爐功率調(diào)至5kW，電壓200V，保溫1h。將尺寸為8O×150／7O×150的石墨鑄型放入電機(jī)定子中，調(diào)好所需的電壓，將金屬液澆入鑄型，結(jié)晶完后取出鑄錠。試樣的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。1．3微觀試樣的制備用弓鋸床截取鑄錠距底部45mm的部分，在截取試樣的柱狀晶區(qū)與等軸晶區(qū)中取樣，選取靠近試樣中心的面作為觀察面。將試樣在砂輪機(jī)上倒角后粗磨，再用拋光機(jī)拋光，至試樣表面呈鏡面、無(wú)劃痕時(shí)用水、酒精清

6、洗并吹干，再用腐蝕劑浸蝕。在XJG．04臥式光學(xué)顯微鏡上進(jìn)行微觀組織觀察。收稿日期：2014-04—05作者簡(jiǎn)介：段紅萍(1979一)，女，黑龍江望奎人，碩士，講師，主要從事材料成形方面的研究．6洛陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第24卷表1實(shí)驗(yàn)參數(shù)2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)共晶鋁硅合金顯微組織的影響不同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度共晶鋁硅合金試樣等軸晶顯微組織如圖l所示。不同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度共晶鋁硅合金試樣柱狀晶顯微組織如圖2所示。2．1對(duì)初晶si尺寸與形貌的影響AI．Si共晶合金由共晶體f口+Si)、初生相和少量的初晶硅組成。由于A1．Si系合金兩

7、組元熔點(diǎn)相差很大，使固液界面處Si的過(guò)冷度要比口．AI大得多I，所以Si首先滿足形核條件，形成初晶si。此外，si相的高熔點(diǎn)說(shuō)明其原子間結(jié)合力強(qiáng)，即使在濃度較低時(shí)，也能在熔體中結(jié)合成為原子集團(tuán)而析出l3l。當(dāng)初晶si相生長(zhǎng)時(shí)，剩余熔體中Si的相對(duì)濃度降低，由于共晶共生區(qū)偏向高熔點(diǎn)si一側(cè)，所以此時(shí)液相成分偏離共晶共生區(qū)，這樣，隨著熔體過(guò)冷度的增大，．AI成為初生相析出。當(dāng)剩余液相成分達(dá)到共生區(qū)范圍時(shí)，即發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，所以室溫下A1．Si共晶合金顯微組織中，除存在共晶體(+Si)外，還存在初生盯相及少量初晶Si。由圖

8、1～圖2的低倍組織可知，在沒(méi)有施加磁場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度不是很大時(shí)，與共晶Si呈片粒狀不同，初晶Si呈不規(guī)則的四邊形，且由數(shù)量很大的群聚在一起的初晶Si塊組成初晶Si群分布在試樣各局部區(qū)域，其周圍為大量的初生口相，初晶Si多數(shù)很粗大。這是由于在金屬凝固過(guò)程中，液相的成分是很不均勻的，在凝固初期，在局部si含量很高的地區(qū)，首先形成大量的初晶si，使周圍液相中溶質(zhì)缺乏，