高温强韧性过共晶变形铝硅合金的变形与强韧化机理

首次系统地提出基于半连续铸造的高温强韧性变形铝硅合金概念。前期研究工作获得了具有细小等轴晶、硅颗粒弥散分布的轧制与挤压组织，部分合金塑性指标处于国际前列，首次发现共晶组织在加热过程中伴随硅相颗粒化铝基体等轴细晶组织的形成。基于半连续铸造，结合形变热处理，低成本工业制造高温强韧性变形铝硅合金已经可能。本研究将针对发现的新现象，开展有关变形铝硅合金的塑性变形机理和高温强韧化机理的研究，包括：多相共存状态下，热处理过程中铸态共晶组织硅相颗粒化与共晶铝基体细晶化机理。多相共存状态下，半连续铸造多元铝硅合金在变形过程中的颗粒诱发动态再结晶机理；高温稳定第二相粒子在变形、热处理过程中的分布、相变过程与材料的高温强韧机理并研制出适合活塞加工满足高温力学性能要求的合金。

金属的热变形机构有滑移变形、孪生变形、晶界滑移、扩散蠕变。在不同条件下，·这四种变形机构在塑性变形中所占的份量和起的作用不尽相同。其中，晶内的滑移变形是最重要和大量的常见的机构。孪生变形一般在低温或常温高速应变时发生，对六方晶体结构金属这种机理比较重要。而晶界滑移和扩散蠕变只在高温时才可能发挥作用。影响这些变形机理发挥作用的主要因素是金属材料的组织结构、变形温度。但是，在热变形时，出现的动态回复，动态再结晶以及在压应力状态下扩散修复机理，对上述变形机构起着直接的调节和控制作用。

用稀土元素添加剂(自制)作为铝硅合金中加入稀土元素的中介原料，研究RE对亚共晶铝硅合金性能的影响。然而，由于稀土元素在合金中的共晶体与基体相间形成的一种过渡相物质使铝硅合金的伸长率提高则非常显著。

利用定量金相技术研究了亚共晶铝硅合金在磁搅拌连续冷却过程中一次固相的形成及演变规律。结果表明，一次固相首先在型壁上形核和长大，并具有粒状、条状和树枝状三种形态。随后，在搅拌作用下从型壁上脱落进入熔体内部，随熔体做整体运动的同时还会发生自旋运动。运动过程中，粒状晶向球形演变，条状和树枝状游离晶则会发生颈缩和熔断，增殖为若干个小的粒状晶，并最终演变成以近球形粒状非枝晶为主的演变组织。一种过共晶铝硅合金的显微组织细化工艺方法，涉及一种金属材料的显微组织细化的工艺方法。其特征在于其细化工艺步骤包括：（1）向熔融的过共晶铝硅合金中加入为熔体质量0．1%的含钛晶粒细化剂，搅拌至完全熔化；（2）然后向熔液中加入磷类变质剂搅拌均匀，细化初晶硅，铸锭；（3）对步骤2的铸锭在500－520℃进行热处理，或对步骤2的铸锭在480℃热挤压然后再在500－535℃进行热处理。本发明的方法，采用磷变质初晶硅结合热处理和热挤压细化共晶硅，所得的组织更为细小和均匀，初晶硅平均晶粒尺寸约为13μm，共晶硅全部粒化，所得组织具有更高的抗拉强度、硬度和尺寸稳定性，可以作为汽车发动机活塞和压缩机斜盘的锻造用坯料。