镁对过共晶铝铁合金组织形貌的影响Word文档下载推荐.docx
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近年来有色金属一直以质轻.延展性好等特点广泛应用于各个工业领域.尤其是铝合金地应用最为引人注目.铝具有质轻,耐蚀性良好,比强度高,有一定地延展性,外表美观,加工成型性好,可焊接等优点.加入其他合金元素制成铝合金后,不仅能够保留纯铝地优点,而且各种性能还在很大程度上得到提高.对于铝合金家族中地铝铁合金,由铁和铝形成地金属间化合物A13Fe具有许多优良地性能,如富铁相具有其独特地耐热.耐磨和抗硫化腐蚀优点,并且Al-Fe合金保持了铝合金密度小地特点,这些特点使得Al-Fe合金能适应航天器件对材料性能地要求.此外,Al和Fe是地壳中储量最为丰富地两种金属元素,也是工业中最常用地原料,来源广,价格便宜,若能用铝铁合金代替目前在工业中所应用地铁合金,将会大大降低生产成本.
由于Al-Fe合金有着十分诱人地发展前景,故受到了国内外地高度重视从
20世纪70年代开始,人们就把Al-Fe合金作为单独地一个合金系进行研究,将其作为一种工程结构材料应用于工业生产实际中.Al-Fe合金虽然具有许多优点,但铁在铝中地固溶度很低,一旦超过固溶度极限,便在铸造铝合金中与铝及其它元素化合,形成质脆地针状或板片状铁相,一方面,割裂基体,使用过程中会在针状富铁相尖端前沿造成应力集中,大大降低铝合金地强度,严重降低合金地力学性能;
另一方面,粗大地针状相在凝固早期形成,阻碍了液体金属在补缩通道地流动,造成铸造缺陷.以上两个原因很大程度上限制了该类合金地发展.
改善过共晶Al-Fe合金中富铁相地大小.形态及分布,可以充分提高Fe在Al中地优良作用.要发展Al-Fe合金,使Al-Fe合金成为一种具有实用价值地结构材料,必须找到控制和细化铁相地有效方法,尽可能地减轻或消除铁相对铝基体地不良影响.因此,控制和改善富铁相地形态,提高合金地力学性能是发展A1-Fe合金地关键.研究表明:
微量镁可使铝中富铁杂质相由粗大针状或针片状变为细小地团球状或短棒状,且分布较均匀.本文研究了镁对过
共晶Al-5%Fe合金组织形态地影响.由于镁元素化学性质较活泼易氧化,烧损严重,故一般均以中间合金地形式加入,铝镁中间合金中以Al-10%Mg中间合金使用地最多.
1试验
1.1试验材料
试验用Al-Fe二元合金Al-5%Fe(质量分数,%,下同)由Al-10%Fe或Al-15%Fe中间合金,按铸锭成形后Fe地质量分数为5%加入相应地工业纯铝配置而成;
试验用Mg为保证成分均匀以及减少烧损率,以Al-10%Mg中间合金形式加入.
1.2试验方法
1.2.1熔炼过程
根据二元Al-Fe合金平衡相图(图1),经计算配料后,将铝锭和Al-15%Fe中间合金同时加入石墨坩埚中,升温至900℃,上面撒上一层干燥地覆盖剂.当铝锭和Al-15%Fe中间合金全部熔化后,把Al-10%Mg中间合金料放置在石墨制地有孔地钟罩中,然后一起放入合金液内,钟罩放置在坩埚中部,待前一块Al-10%Mg中间合金料熔化后,保温,再加入第二块,直到所有Al-10%Mg中间合金料全部熔化.将合金液升温至950℃,静置保温20~25min,每8min搅拌一次,最后一次搅拌后进行初次扒渣.用炉料总重量地0.3%~0.5%除气剂.除渣剂精炼合金液,除气.除渣.5~8min后再进行二次扒渣,之后将合金液浇入金属锭模中,获得尺寸为30mm×
100mm地试棒.
1.2.2金相制备过程
浇铸后地铸锭冷却后取模,除去表面地飞边毛刺后从中间锯开.试样需打磨倒角处理,经金相砂纸粗磨.细磨后,再在型号为P-2型.抛盘直径为200mm金相试样抛光机上进行粗抛和精抛.抛光后地试样用浓度为0.5%地HF水溶液腐蚀后,在光显微镜下观察分析试样地金相组织,检验细化效果.
2试验结果与分析
试验重点研究了Al-10%Mg中间合金不同添加量对过共晶Al-5%Fe合金地组织形态变化规律地影响,以及Al-10%Mg中间合金细化地长效性.图2是Al-10%Mg中间合金加入量对Al-5%Fe合金中初生A13Fe相地影响.未加入Al-10%Mg中间合金时,合金中地初生A13Fe相地形貌大多为典型地粗大针状和针片状,少量为不规则地花朵状,如图2a所示;
加入量为0.2%时,初生A13Fe发生了一些变化,主干还是较为发达地针状,细化效果不明显,但针状地末端已变尖变细,出现了分枝,在粗大地针状相之间,存在许多相对较小地分枝富铁相,如图2b所示;
加入量达到0.6%时,初生A13Fe相地形貌发生了显著改变,生长尖端地分枝增多,以花朵状.短棒状为主,尺寸相对较小,分布也比较均匀,如图c所示;
进一步增加Mg地含量,当加入量达到0.8%时,分枝现象加剧,在一次分枝上还出现了二次分枝,呈现典型地树状,组织中出现花朵状初生A13Fe相,如图2d所示;
当加入量为1.2%时,初生A13Fe相地形状发生了明显不同于前三者地变化,富铁相地分枝消失,长成了较为短小地针状或者是不规则地块状,极个别长成板片状,如图2e所示;
加入量为1.5%时,初生A13Fe相地尺寸明显增大,以针片状和不规则地花朵状为主,这主要是由于Mg地富集,抑制了A13Fe沿择优取向长大,使A13Fe相地尺寸增大,如图2f
所示.
图3为在Al-5%Fe合金中加入1.2%地Al-10%Mg中间合金细化剂,不同保温时间合金中地初生A13Fe相地形态分布.当保温45min时,初生A13Fe相主要以长针状形式存在于基体上,同时含有尺寸较大地不规则花朵状组织,如图3a所示;
当保温时间为60min时,相比较来看,经过60min地保温,通过原子地溶解扩散,针状和针片状组织变得细小,初生A13Fe相主要为花朵状,但尺寸.形态不一,分布也不均匀,如图3b所示;
延长保温时间至90min时,初生A13Fe相为粗大地不规则花朵状形貌和颗粒状,如图3中c所示.时间进一步延长,组织变化更加显著,针状几乎全部转变为规则地块状和粒状.导致这种变化地原因可能是针状尖角处表面能比较大,容易扩散和溶解.
试验结果表明,随着时间地进一步延长,出现地A13Fe偏聚.沉淀.烧损等现象会明显降低其细化效果.然而,当保温时间达120min时,仍有一定地细化效果,也就是说,Al-10%Mg中间合金细化有效时间较长,能适应大量连续生产需要,尤其对低压铸造.压力釜铸造和差压铸造等新工艺相适应,是一种良好地长效细化剂.
3结论
(1)铝与过渡金属元素铁形成地A13Fe金属间化合物具有极佳地耐热.耐磨和抗腐蚀性能,并且Al-Fe合金依旧保持了Al合金密度小地特点,这些特点使得Al-Fe合金能适应航天器件对材料性能地要求.
(2)微量镁可使铝中富铁杂质相由粗大针状或针片状变为细小地团球状或短棒状,且分布较均匀,从而明显提高材料地强度和塑性.
(3)在过共晶Al-5%Fe合金中加入Al-10%Mg中间合金细化剂,当加入量为1.2%.保温时间为90min时,细化效果仍较好.
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Effectofmagnesiumhypereutecticaluminumalloymicrostructure
WangZhengjunLiuLianxiang
Abstract:
ForordinarysmeltingconditionsaeutecticAl-Fealloyprimaryironrichinseriouslaceratesubstrate,theperformancedeteriorationalloy,andtheelementMg-theeutecticAl-5%Fealloysmetamorphicrefiningprocessing,MgtoAl-10%Mgalloyformamongtojoin.Withopticalmicroscope,analyzestheAl-10%Mgalloyamongthegrainswillberefinedadditionamountandmeltagentheatpreservationtime-theeutecticAl-5%Fealloymicrostructuremorphologyandpropertiesoftheinfluence.Experimentshowsthat:
intheeutecticAl-5%FealloywithAl-10%Mgalloyrefiningamongagents,whenjoincontentis1.2%,holdingtime90min,refinedeffectisgood,Al-5%FealloyA13Febynotinthenascentaddrefiningmediumwithbulkyboardstripsintoflowershapesandgranular,andsizesignificantlydecrease,andimprovethestrengthofthematerialandtheplastic.
Keywords:
Al-10%Mgalloyamong;
Metamorphicrefiningprocessing;
Aeutecticaluminumalloys
Inrecentyears,non-ferrousmetalhasbeentothelight,ductilityisgoodwaitforacharacteristiciswidelyusedinvariousindustrialfields.Especiallytheapplicationofaluminumalloymostnoticeable.Aluminumisqualitativelight,goodcorrosionresistance,highstrengththan,havecertainductility,appearance,processingmoldingthegenderisgood,canweldingetc.Tojoinotheralloyelementismadeafterthealuminumalloy,cannotonlykeeptheadvantagesofpurealuminum,andvariousperformancewaslargelyimproved.Foraluminumalloyaluminumalloysinthefamily,theironandaluminummetalcompoundsformedbetweenA13Feisofmanyexcellentproperties,suchasrichironphasehasitsuniqueheatresistance,corrosionresistanceandwearresistanceofsulfideadvantages,andAl-Fealloykeepthecharacteristicsofsmallaluminiumalloydensity,thesecharacteristicsmakeAl-Fealloycanadapttothespaceonthematerialpropertiesofthedevicerequirements.Inaddition,AlandFeinthecrustisthemostabundantreservesoftwokindsofmetalelements,alsoisthemostcommonlyusedinindustrialrawmaterials,andthesourcewide,cheapprice,ifcanusealuminumalloysofthepresentintheindustrialapplicationofthealloys,andwillgreatlyreducetheproductioncost.
BecauseAl-Fealloyhasaveryattractiveprospect,itwasgreatattentionfrombothathomeandabroadThe1970s,peopleputAl-Fealloyasseparateaalloyisthestudy,asakindofengineeringstructurematerialsusedinindustrialproductionpractice.Al-Fealloyalthoughhasanumberofadvantages,butironinthesolidsolutionforaluminumisverylow,oncemorethansolidsolubilitylimit,thenincastingalloyandaluminumandotherelementscombined,formtheneedleverybrittleorboardflakeironphase,ontheonehand,separatethematrix,useprocesswillbeintheneedleironrichphasetipsfrontcausestressconcentration,andgreatlyreducethestrengthofthealuminumalloy,severelyreducesthemechanicalpropertiesofthealloy;
Ontheotherhand,theneedlephaseinsolidificationbulkyearlyform,obstructtheliquidmetalintheflowofthechannelforshrink,causetheflawincasting.Abovetworeasonslargelylimitsthedevelopmentofthiskindofalloy.
ImproveaeutecticAl-Fealloyzhongfuironsize,shapeandphaseofthedistribution,canfullyimprovetheFeinAlgoodeffect.TodevelopAl-Fealloy,makeAl-Fealloybecomeapracticalvalueofthestructurematerial,mustfindthecontrolandrefiningtheeffectivemethodsiniron,asfaraspossibletoreduceoreliminateironrelativealuminummatrixeffects.Therefore,controlandimprovetheironrichinform,improvethemechanicalpropertiesofthealloyisthedevelopmentofkeyA1-Fealloy.Researchshowsthat:
tracemagnesiumcanmakethealuminumzhongfuironimpurityphasebybulkyneedleorneedleflakeintotinyfootball-shapedbunchesorshortclavite,andareuniformlydistributed.ThispaperstudiesthemagnesiumitrightEutecticAl-5%Fealloyorganizationformofinfluence.Becausemagnesiumchemicalpropertiesislivelyandeasyoxidation,seriousdamage,theaveragealltotheformofmiddlealloytojoin,aluminumandmagnesiumalloyinamongAl-10%Mgalloyusedmostofthemiddle.
1test
1.1testmaterials
ExperimentwithAl-FetwoyuanalloyAl-5%Fe(massfraction,%,similarlyhereinafter)byAl-10%FeorAl-15%Femiddlealloy,accordingtothequalityofthebubbleafterformingFescoresfor5%oftheindustrytojointhecorrespondingpurealuminumconfigurationandbecome;
ExperimentwithMgtoensurecomponentsuniformandreducethelossrate,toAl-10%Mgalloyformamongtojoin.
1.2thetestmethod
1.2.1smeltingprocess
AccordingtothedualAl-Fealloyequilibriumphasediagram(figure1),andthroughcalculation,ingredients,willbealuminumandAl-15%Fealloyandjoinamongthegraphitecrucibles,heatingupto900℃,aboveandalayerofdrycoveringagent.WhenaluminumandAl-15%FealloymeltamongallafterAl-10%Mgalloymaterialplacedinthemiddleofaholeofgraphitethebelljar,thengointotheliquidalloy,belljarplacedincentralcrucible,waitforaformerAl-10%Mgalloymaterialamongaftermolten,heatpreservation,addthesecondpiece,untilalltheAl-10%Mgalloymaterialamongallmelting.Will950℃temperaturetoliquidalloy,quietplaceinsulation20~25min,every8minstirringonce,thelasttimeaftermixinginitialgrilledslag.Withthetotalweightoftheburdenof0.3%~0.5%inadditiontogasagentanddregsagentrefiningliquidalloy,exceptthegasanddregs.5~8minagainafterthesecondpickslag,thenpouredintothemetalliquidalloyingotmould,getsizeof30mmx100mmgoodtry.
1.2.2Metallographicpreparationprocess
Castingthebubblecoolingaftertakemode,removedfromthesurfaceaftertheflashburrsawedinthemiddle.Sampletoburnishchamferingpr
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