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过共晶铝硅合金具有比重小、热膨胀系数小、耐磨性和体积稳定性好等优点,是理想的活塞材料。然而,未经变质处理的过共晶铝硅合金组织中,初晶硅尺寸粗大,棱角分明;共晶硅呈长针片状,严重的削弱了合金的综合性能,限制了合金的应用范围。因此细化合金组织是提高合金综合机械性能的必要手段。
本文主要通过单一P、富镧混合稀土(RE)及P和富镧混合稀土复合对过共晶铝硅合金(含Si量在24%左右)进行变质处理,以期达到细化合金组织的目的。借助金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等分析手段对未变质和变质后的过共晶Al-24%Si合金进行了组织观察分析,同时探讨了不同变质元素的变质机理。研究结果表明:经过P和富镧混合稀土复合变质后的过共晶Al-24%Si合金组织细化效果理想。与单一变质剂相比,既填补了单一P变质时对共晶硅变质的不足,也填补了单一富镧混合稀土变质时对初晶硅变质的不足。变质后过共晶Al-24%Si合金组织中的初晶硅晶粒尺寸大幅减小,几乎在30μm左右,棱角钝化,分布均匀;共晶硅组织则呈短杆或颗粒状依附在初晶硅的周围生长。
关于P变质剂的变质机理问题,主要以AlP异质形核为主,X射线衍射分析发现P变质后合金组织中存在一定数量的核心质点AlP,能够为初晶硅的形核提供足够的形核核心,从而有效的细化组织,同时P还以原子固溶的形式分布在初晶硅的周围,从而影响初晶硅的生长形态;关于富镧混合稀土的变质机理,EDS分析发现稀土元素La主要吸附在共晶硅周围,但在初晶硅周围也发现了少量La元素的吸附,所以稀土元素在主要变质共晶硅的同时也细化了初晶硅;对于P和富镧混合稀土的复合变质机理,X射线衍射分析并没有发现P和富镧混合稀土复合的相关化合物相及其他物相的出现,说明两者的复合并不相互干扰,因此本文认为P和富镧混合稀土的复合变质机理是P的异质形核与富镧混合稀土的吸附作用两者共同作用的结果。