当冷却速度较慢时，铸锭及铸件的组织粗大，或产生局部晶粒大小悬殊现象，所以要对镁合金进行细化或变质处理，以细化晶粒。因此，无需进行上述变质处理。Be加入量过大，或Zr混入合金液中，均能引起晶粒粗化；Ti、RE等元素有可能导致变质失效。注：ZM1、ZM2、ZM3、ZM4和ZM6镁合金采用Zr对合金进行细化晶粒（变质）处理。......
2023-06-22
双重变质处理对1.6.4Al-Si合金的影响
【摘要】：对于过共晶铝硅合金，如A390等，其双重变质是指对初晶硅及共晶硅的同时变质或细化。此处主要针对过共晶Al-Si的双重变质问题进行叙述。稀土对Al-Si合金共晶硅的变质效果和钠、锶变质相仿，为大家所公认，但对变质机理尚有分歧。对于Al-Si-P-Na四元系，合金中可能出现的相有Al、Si、Si2、AlP及Na3P。图1-55 Al-20Si-2Cu-1Ni-0.4Mg-0.6RE铝合金粉末的X射线衍射图2.磷-钠盐复合变质技术研究表明，对wSi=20%～22%的
对于亚共晶铝硅合金，如ZL101、ZL104等，其双重变质是指对初晶α-Al及共晶硅的同时变质或细化，如前所述，可通过同时添加Al-Ti-B中间合金及Al-Sr中间合金等，起到同时细化α-Al枝晶及变质共晶硅的作用。
对于过共晶铝硅合金，如A390等，其双重变质是指对初晶硅及共晶硅的同时变质或细化。此处主要针对过共晶Al-Si的双重变质问题进行叙述。
wSi16%的高硅铝合金具有质轻、耐磨、耐热、热膨胀小等诸多优点，在航空航天、汽车及机械行业等领域具有广泛的应用前景。在高硅铝合金中，虽然Si含量越高，其耐磨性及耐热性越好，但初晶硅的细化也更困难。随着Si含量的增加，合金中初晶硅体积率增大，使得合金的抗拉强度、屈服强度和塑性都降低。因此，改善高硅铝合金综合力学性能的研究仍然是当今的重要研究内容。
目前，对过共晶铝硅合金的强化措施主要有三个方面：一是采用高效的复合变质剂，如磷+稀土，或磷+钠盐等，以达到细化初晶硅和共晶硅的目的来提高合金的强度。过共晶铝硅合金只有得到双重变质的效果，其优越的性能才能得到充分的体现。二是以先进工艺措施，如快速凝固技术，通过细化晶粒对合金材料进行改良。三是以合金化的手段开发新型合金，即通过根据各种元素在铝合金中的作用，优化元素的添加量和添加工艺来研制高强度的铝硅合金。此处主要针对第一方面介绍最近的进展。
1.磷-稀土复合变质技术
（1）变质机理
磷-稀土复合变质技术中，P对初晶硅进行细化，而稀土（RE）对共晶硅起变质作用。如前所述，P对初晶硅的变质机理是，P在合金中易于与铝形成AlP化合物。AlP的晶格常数为0.5451nm，而Si的晶格常数为0.5428nm。根据晶体结构相似、晶格常数相近的原理，AlP可以起到异质核心的作用，由于晶核数目增加而使初晶硅细化。
稀土对Al-Si合金共晶硅的变质效果和钠、锶变质相仿，为大家所公认，但对变质机理尚有分歧。
（2）稀土的加入方式和加入量
有两种加入方式，即以稀土化合物方式或以Al-RE中间合金方式。用这两种方式加入，RE溶于α（Al）和硅相中都很少，分布基本是均匀的，但在晶界上，氟化稀土变质的，只有少许的RE富集，用Al-RE变质时会出现粗大的块状及三角形化合物，RE含量较高。
稀土加入量和含Si量、冷却速度有关，在0.2%～1.0%范围内变动。Si含量高，冷却速度慢，取下限，反之取上限。加入量过大，晶粒反而粗大。
（3）组织及性能
图1-52 不同变质剂处理的wMg=0.4%高硅铝合金铸态金相组织
a）磷变质 b）磷-稀土复合变质
图1-52所示高硅Al-Si合金分别采用磷变质和磷-稀土复合变质时的铸态试样金相组织，其化学成分为wSi=20%，wCu=2.0%，wNi=1.0%，wMg=0.4%，wMn=0.5%，wFe≤0.25%，余为Al。初晶硅从未加P时的100μm以上细化到了30μm左右，共晶硅呈长针状的未变质形态（见图1-52a）。P-RE的复合变质工艺对wSi=20%的过共晶Al-Si合金中的初晶硅具有良好的变质细化效果（见图1-52b），初晶硅平均尺寸为20～30μm。正如诸多文献报道所指出的，RE元素对过共晶Al-Si合金中共晶硅的有变质细化效果，但其变质效果没有锶或钠盐对共晶硅的变质效果好，仍有部分细长针状共晶硅，平均长度为40～50μm。经T6热处理后（见图1-53），初晶硅的形态几乎没有变化，而合金中的共晶硅由长针状变为粒状或短杆状，形态得到了很大改善，共晶硅粒状化且均匀分布于α-Al基体中，这有助于进一步提高合金力学性能。T6热处理后该合金的抗拉强度可达到280MPa左右。
图1-54为磷-稀土复合变质的Al-20Si-2Cu-1Ni-0.4Mg-0.6RE多元铝合金铸态金相图片。从图可以看出，该高硅合金中至少有7种析出相，其中a为α-Al，b为初晶硅，c为共晶硅，d为AlFeMnSi相，e为AlCuNi化合物，f为Al-RE-Si-Cu-Ni五元化合物，g为黑色的Mg2Si。图1-55为Al-20Si-2Cu-1Ni-0.4Mg-0.6RE合金粉末的X射线衍射图。从图可以看出，合金中还检测到NiSi2、Al3Ni2、Fe2MnSi、AlCe3等化合物相的存在。
图1-53 高硅铝合金T6热处理组织（磷-稀土复合变质）
图1-54 磷-稀土复合变质的Al-20Si-2Cu-1Ni-0.4Mg-0.6RE多元铝合金铸态金相
图1-55 Al-20Si-2Cu-1Ni-0.4Mg-0.6RE铝合金粉末的X射线衍射图
2.磷-钠盐复合变质技术
研究表明，对wSi=20%～22%的合金，在850℃以下加入2%的NaH2PO4·2H2O等钠盐，内含wNa=0.3%，wP=0.4%，10min后先出现P的细化作用，随着保温时间的推移，Na的作用逐渐明显，到40min左右达到峰值，以后Na的作用渐次消失。因此，加入后20～40min时有双重变质效果。缺点是变质效果不稳定。
加入其他磷酸钠[如（NaPO3）n]也有类似情况。也有通过先后加钠盐及P进行复合变质的工艺研究，都有一定的双重变质效果。
对于Al-Si-P-Na四元系，合金中可能出现的相有Al、Si、（NaAl）Si2、AlP及Na3P。化合物相的出现取决于wNa∶wP值。当比值为2.2左右时，Na与P化合成Na3P，比值更高时生成（NaAl）Si2；当比值小于2.2时，出现AlP。在（NaPO3）n中，wNa=23%，wP=30%，wNa∶wP＜2.2。因此，当加入（NaPO3）n进行处理时，将会生成AlP，AlP成为初生硅异质核心，细化初晶硅。同时，铝液中含有一定浓度的Na，从而对共晶硅也产生变质作用。毋庸置疑，（NaPO3）n起到了细化初晶硅，提高合金性能的目的。
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2023-06-22
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2023-06-15
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2023-06-22
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2023-06-22
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2023-06-22
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2023-06-24
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