铝硅合金共晶凝固模式与微孔形成间关系规律的研究

本项目针对Al-13.0%Si合金开展合金凝固过程微孔形成的研究，重点考察共晶凝固模式(胞状晶、柱状晶和等轴晶凝固)对微孔形核与生长动力学的影响规律。通过XTGS技术实时观察与采集不同凝固模式下微孔的演化，利用微孔特征计算机自动定量分析处理技术定量描述每个微孔特征参数(当量半径和重心位置)随时间的变化，分析微孔与液固界面的交互作用，研究微孔演化机制；根据凝固过程中温度与时间的关联，将每个微孔随时间的变化转变成随温度的变化，确定不同共晶凝固模式下微孔的平均形核温度、形核所需氢的过饱和度及微孔的长大速度，研究共晶凝固模式对微孔形核与生长动力学的影响规律。本项目将凝固条件(温度梯度与凝固速度)、熔体性质(合金元素与微量元素含量、氢与氧化夹杂含量)量化和微孔特征时序量化，构建微孔形成的数据库，为微孔形成的数值模拟研究与预测奠定基础。开展本项目的研究具有重要的科学意义和实践指导价值。

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。

稳定系和介稳定系亚共晶铸铁的凝固过程可用图2表示。凝固初期初生奥氏体都首先从熔体中析出，温度降到共晶温度以下时，稳定系共晶体为石墨/奥氏体介稳定系共晶体为碳化物/奥氏体，至共晶温度以下前者转变为石墨 珠光体(或铁素体)，后者转变为莱氏体 珠光体。

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。