Al-Si合金细化变质处理研究进展
Ａｌ－Ｓｉ 合金具有优良的铸造性能，是铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金。一般地， 铸造 Ａｌ－Ｓｉ 合金组织中有αＡｌ，共晶 Ｓｉ 及初晶 Ｓｉ（过共晶铝硅合金）。其中αＡｌ 呈树枝状， 初晶 Ｓｉ 为多角形块状和板状，共晶 Ｓｉ 呈片状［１］。随 Ｓｉ 含量增加，结晶温度区间变小，共 晶体增加，流动性提高，铸造性能改善，可获得组织致密的铸件，但是粗大的 Ｓｉ 相严重地 割裂了基体，降低了合金的强度和塑性，改变 Ｓｉ 相的形态与分布，减小其对基体性能的削 弱作用，是提高 Ａｌ－Ｓｉ 合金性能的有效途径［２－３］，改善 Ｓｉ 相形态的方法有细化变质处理、过 滤净化、合金化、激冷法、温度处理法、半固态铸造、快速凝固粉末冶金及喷射沉积等［４］。
经过细化变质处理后的 Ａｌ－Ｓｉ 合金具有良好的机械性能和切削加工性能，近年来，世界 各国研究者就 Ａｌ－Ｓｉ 合金基体细化元素，初晶 Ｓｉ 及共晶 Ｓｉ 的变质元素及其细化、变质机理 方面进行了深入的研究，并对双重变质，复合变质进行了探索和研究。本文综述了细化、变 质元素及其作用机理，并介绍了 Ａｌ－Ｓｉ 合金很有前途的几种可细化组织的制备方法。
Ｚｒ 作为晶粒细化剂可采用 Ａｌ－Ｚｒ 中间合金或 Ｚｒ 盐的方式加入。试验结果表明，共晶和 近共晶 Ａｌ－Ｓｉ 合金经 Ｚｒ 细化处理后，α枝晶由柱状向等轴晶转变，随 Ｚｒ 含量增加，柱状晶 可完全消失，α枝晶达到完全等轴化，且枝晶尺寸进一步减小，形态更加密集。但总体来说 Ｚｒ 比 Ｔｉ 的效果要小［７］。
国外用粉末冶金法制备的 Ａｌ－Ｐ－Ｃｕ 中间合金对初晶 Ｓｉ 也具有良好的变质效果［１２］。 用于变质初晶 Ｓｉ 的非 Ｐ 类变质剂有 Ｓ（０．００５％），Ａｓ（０．１％）及 Ｂｅ，这些元素对初晶 Ｓｉ 的作用效果远没有 Ｐ 显著，很少单独使用 ［１３］。
４．共晶 Ｓｉ 变质处理
对于共晶 Ｓｉ 变质元素的研究主要有 Ｎａ，Ｓｒ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｔｅ，Ｂｉ 等［２］。 Ｎａ 的变质能力最强，应用最早也最广泛，通常以 Ｎａ 或 Ｎａ 盐的方式加入。其变质机理［１４］ 为 Ｎａ 吸附在 Ｓｉ 晶胚表面，降低了 Ｓｉ 晶胚在液相中的移动能力，使 Ｓｉ 相生长速度低于α相， 促使α相领先形核，Ｓｉ 相通过孪晶在α晶包间的“节点”中生长，形成共晶组织。虽然 Ｎａ 变质效果好，但是 Ｎａ 易衰退，吸收率低，易腐蚀工具和设备等。针对 Ｎａ 的缺点，人们采取 了各种措施，如：改进金属 Ｎａ 的包装，加快 Ｎａ 基盐类变质剂的反应，延长 Ｎａ 基变质剂的 作用时间等，但是 Ｎａ 所存在的缺点也只能部分得到解决。 Ｓｒ 是一种长效变质剂，通常以 Ａｌ－Ｓｒ 形式加入（加入量为 ５￣６％）， Ｓｒ 是以游离态发挥 变质作用［１５］。Ｓｒ 的变质机理与 Ｎａ 相似，它吸附在 Ｓｉ 相表面，影响共晶 Ｓｉ 的生长以达变质 共晶 Ｓｉ 的效果。Ｓｒ 的变质效果与 Ｎａ 相当，但不存在 Ｎａ 变质的缺点，是颇有前途的变质剂。 英国，荷兰等国从 ８０ 年代初就开始推广应用 Ｓｒ 变质合金，目前，国外很多国家采用 Ｓｒ 变 质取代 Ｎａ 变质。我国在 ８０ 年代末开始研制 Ａｌ－Ｓｒ 中间合金，首家用户为长春第一汽车制造 厂轻型发动机厂。Ａｌ－Ｓｒ 变质有如下优点：（１）变质效果良好；（２）变质操作方便；（３）变质 有效期长；（４）回炉料有重熔性；（５）铸件成品率高；（６）污染小。但是 Ｓｒ 变质处理促进 了熔体吸氢，它与夹杂相互作用，促进了疏松的形成，用含 Ｃｌ 精炼剂处理 Ｓｒ 的消耗大，另 外 Ｓｒ 价格昂贵。
变质前 变质后 图 １ Ａｌ－２４％Ｓｉ 合金变质前后显微组织（２００ｘ）
Ｆｉｇ． １ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ａｌ－２４％Ｓｉ ａｌｌｏｙ
另外山东大学研究发明了低熔点 Ｐ－Ｃｕ 中间合金，其熔点仅为 ６５０℃，低于纯铝的熔点 。 以共晶及过共晶 Ａｌ－Ｓｉ 合金为变质处理对象，变质效果检验结果发现，低熔点 Ｐ－Ｃｕ 中间合 金加入到铝合金熔体中迅速熔化，加入量少，变质效果稳定、长效。与 Ａｌ－Ｐ 中间合金一样， 低熔点 Ｐ－Ｃｕ 中间合金是高效的 Ａｌ－Ｓｉ 合金变质剂，具有广阔的应用前景。
Ｂａ 对共晶 Ｓｉ 也具有良好的变质效果。Ｂａ 为表面活性元素，优先吸附在 Ｓｉ 晶体孪晶凹 谷的生长台阶上，阻止 Ｓｉ 原子的进一步堆砌，即限制了一定晶向的过快生长，使其生长方 向转向、分枝，从而形成高度纤维化的 Ｓｉ 晶体［１７］。Ｂａ 变质具有长效性，工艺简单，成本低 廉，与 Ｎａ、Ｓｒ、Ｓｂ 相比较，Ｂａ 比较长效，有试验证明 Ｂａ 长效性可达 ９ｈ，重熔 ５ 次后组织 和性能基本不变。比 Ｓｒ 便宜，加入量范围宽，加入 ０．０１７％到 ０．２％的 Ｂａ 都能获得良好的变 质效果，不足之处是对铸件的壁厚敏感性大，对厚壁铸件的变质效果差，为了获得良好的变 质效果，必须快冷。
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研究表明，以 ＴｉＣ 为主的细化剂并没有 ＴｉＢ２ 粒子的缺点，显示出较小的尺寸（１ｕｍ 以下）、 较低的聚集倾向和对 Ｚｒ 或 Ｃｒ＂中毒＂的免疫力。特别是 ＂微－纳米 ＴｉＣ 晶核的 Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ 中间 合金＂为晶粒细化潜力的进一步发挥和细化极限的超越开辟了道路。富微－纳米 ＴｉＣ 的 Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ 中间合金的显著优点如下：（１）ＴｉＣ 颗粒处在微米与纳米之间，平均尺寸≤５００ｎｍ， 且分布均匀；（２）ＴｉＣ 形核率高，Ａｌ－５Ｔｉ－０．３５Ｃ 中间合金中 ＴｉＣ 的形核率是 Ａｌ－５Ｔｉ－１Ｂ 中间 合金中 ＴｉＢ２ 的 ５ 倍以上；（３）细化效果显著，且见效快。
山东大学针对一次性熔配的 Ａｌ－Ｓｉ 活塞合金研制了高效速熔富 Ｐ 合金，通过该变质剂处 理共晶 Ａｌ－Ｓｉ 合金后获得初晶 Ｓｉ 呈细小颗粒状分布的过共晶组织，从而使 Ａｌ－Ｓｉ 活塞等合 金具有热膨胀系数小、耐磨、力学性能高和加工工艺性能好等优点。该合金变质剂与目前各
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２． 基体晶粒细化处理
基体晶粒组织的细化会显著提高 Ａｌ－Ｓｉ 合金的强韧性、耐蚀性和加工工艺性等。由于添 加形核剂的方法具有效率高、成本低和工艺性好等优点而在工业生产中获得了广泛的应用。 在 Ａｌ－Ｓｉ 合金中添加少量晶粒细化元素，如 Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂ 等，可在合金基体中形成 Ａｌ３Ｔｉ，Ａｌ３Ｚｒ， ＴｉＢ２ 等高熔点化合物，它们的结晶比铝基体晶粒早，尺寸细小而又弥散分布，具有与铝相同 的晶格类型和相近的晶格常数，或具有共格对应晶面，可作为基体晶粒的结晶核心，从而使 基体晶粒细化［１］。目前常用的晶粒细化剂有 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ［５］、Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ 和 Ａｌ –Ｂ［６］。 高效遗传性 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 中间合金具有细化效果好、洁净度高和效果稳定等优点被广泛地用 于 Ａｌ－Ｓｉ 合金的晶粒细化。使用该产品能消除铸锭中的羽毛晶、浮游晶、柱状晶、裂纹和偏 析等缺陷。显著提高 Ａｌ－Ｓｉ 的力学性能和加工工艺性能，提高设备和模具的使用寿命。随着 对 Ａｌ－Ｓｉ 产品质量要求的不断提高，Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 中间合金在应用过程中也逐渐暴露出以下缺点： （１）Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 中的 ＴｉＢ２ 粒子尺寸较大（０．５－３ｕｍ），极易聚集成团，并导致后续成形过程中 的许多缺陷；（２）在 Ａｌ－Ｓｉ 合金中若含有 Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ 等元素，它们均与 ＴｉＢ２ 发生界面反应， 导致 ＴｉＢ２ 失去形核作用，即细化效果＂中毒＂现象；（３）Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 中的 ＴｉＢ２ 化合物颗粒形核率 低（小于 １％），大多数则以杂质形式存在；（４）晶粒细化极限较高，一般晶粒直径要大于 １００ｕｍ， 再进一步细化时十分困难。
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Ｓｂ 也是一种长效变质剂，通常以 Ａｌ－Ｓｂ 形式加入（加入量为 ０．２￣０．５％），对金属型和砂 型壁厚不大的铸件都有较好的变质效果，但对缓冷的厚壁砂型铸件变质效果不明显。目前， 对 Ｓｂ 变质的机理［１６］存在不同看法，普遍认为 Ｓｂ 与 Ｎａ、Ｓｒ 的变质作用有本质的不同，加 Ｓｂ 变质并不能使共晶 Ｓｉ 由板片状转变成纤维杆条状。而周虹［１７］等认为，Ｓｂ 的变质作用与 Ｎａ 基本相似，也可得到纤维杆条状的共晶 Ｓｉ，只是 Ｓｂ 的变质能力较弱，还须快冷相助。虽然 Ｓｂ 变质处理共晶 Ｓｉ 效果差，但能提高亚共晶系合金（如 ＡＣ４Ｃ）延伸率和冲击值。
类 Ｐ 变质剂相比有以下优点：（１）高效：具有变质效果的高效性和稳定性，且对 Ｃａ、Ｎａ 的 抗干扰能力强；（２）速熔：由于经过特种活化处理，使之在铝熔体中迅速熔化，活化 Ｐ 迅速 与铝化合；（３）富 Ｐ：含 Ｐ 量在 １０％或 １０％以上；４）绿色：无渣，无污染，无腐蚀性；（５） 方便：运输、保存和添加方便。（６）定量：铝中 Ｐ 的残留量可定量控制。
Ｐ 主要是以赤 Ｐ、Ｐ 盐或 Ｐ－Ｃｕ 中间合金［４］等形式加入。但是赤 Ｐ 的燃点低（２４０℃），运 送、保存和使用过程都不安全；变质时反应剧烈，放出大量的 Ｐ２Ｏ５ 有毒气体；Ｐ 的吸收率低， 且难以控制。Ｐ 盐自身有毒或在使用中也放出大量的 Ｐ２Ｏ５ 有毒气体；产生大量反应渣，腐蚀 炉衬；贮存保管有困难，成本较高；变质效果不稳定。Ｐ－Ｃｕ 中间合金熔点高，加入后难熔 化；熔体保持时间长，加入量较多；密度大，易沉淀偏析，效果不稳定。 为此，国内外 研究者进行了长期的探索研究。 近年来山东大学［１１］研究了一系列专用于 Ａｌ－Ｓｉ 合金初晶 Ｓｉ 变质处理的变质剂。其中 Ａｌ－Ｐ 中间合金被称为“绿色变质剂”。Ａｌ－Ｐ 中 间合金的组织特点是在铝基体上分布有大量细小的 ＡｌＰ 晶核，由于 ＡｌＰ 颗粒在 Ａｌ－Ｐ 中间合 金中已预先生成，达到了变质效果的高效性（图 １）；变质处理时可不必过热，在 ７４０～８５０℃ 范围内均可达到稳定的变质效果；变质效果可保持 ３０ｈ 以上。与目前各类 Ｐ 变பைடு நூலகம்剂相比有以 下优点：（１）无烟、无渣、无污染；（２）运输方便，保存安全，添加方便 ；（３）所需温度 低，变质效果稳定、长效；（４）Ｐ 可定量控制，且加入量少；（５）综合生产成本低。但是必 须注意：（１）Ａｌ－Ｐ 中间合金加入后应充分搅拌，从加入到浇注铸件以 ３０ｍｉｎ 以上为最好；（２） 避免使用含有经 Ｎａ 盐变质处理过的回炉料，并严格控制铝熔体中的 Ｃａ 含量。
铸造Al—Si合金变质处理的概况和发展趋势
变质处理工 艺上经历 了从单一变质 向复合 变 质， 对共 晶 Ｓ 变质 为 主 到对 过共 晶 中的共 晶 Ｓ 、 ｉ ｉ初 晶 Ｓ 变质处理的过程 。本文就铸造 一Ｓ 合金变 ｉ ｉ 质 剂种类 、 质处 理特 点 、 变 变质 机 理进 行 综 述 ， 对 并
变 质处 理 以后 的发展 方 向提 出看法 。
降低 Ｓ 晶胚 在液 相 中的移 动能 力 ， ｉ 而吸 附于 ａ晶粒
表面的 Ｎ 原子较少 ， Ｓ 相生 长速 度低于 ａ ， ａ 使 ｉ 相
促使 ａ 相形 核 领先 产 生 初 生 ａ相 ， 的优 先生 长 ａ相
割裂了 基体 ， 使合金 的机械性能特别是 塑性显 著降低 ， 切削加工性能恶化。变质处理是改变结晶 相 Ｓ 的形 貌 、 ｉ 尺寸 的 过程 ， 对 含 Ｓ 量 小 于 ６ 但 ｉ ％的
Ｃ 、ｒＢ ， 土金 属 中的 Ｅ 、 ａ Ｃ 、 ｅ 混 合 稀 ａＳ 、 ａ稀 ｕＬ 、ｅＲ （
土 ）氮 族元 素 中的 Ｓ 、 ｉ氧 族元 素 中 的 Ｓ Ｔｅ还 ， ｂＢ， 、 ， 有 Ｐ、 Ｃ等元 素均 具 有变 质作用 ， 人们 也 已研 制 出多 种 变质 剂 和变质 处理 方法 。
著 ， 件反 而易 出现气 孔 。 因此变 质 处理 主要 是 针 铸 对 含 Ｓ 量 超过 ６ ｉ ％的 一Ｓ 合 金 。 ｉ
纤维状 ， 著提高合金 的机械性能 ， 一Ｓ 合金 中 显 ｉ
含 有 ００ ．３×１ ＩＮａ 可使硅 获得 纤维状 的 良好变 ０２ 即
质组合金有变质作用 ９０ ａ ｉ 以来 ， 今 已发 现碱金 属 中的 Ｋ、 ， 迄 Ｎａ碱土 金属 中的
盐 加入 铝 液后发 生 反应 ：
６ Ｆ＋ Ａ１ Ｎ ａＡｌ ６ Ｎａ Ｎａ ＝ ３ Ｆ ＋３
过共晶Al-24%Si合金的变质及变质机理研究的开题报告
过共晶Al-24%Si合金的变质及变质机理研究的开题报告题目：过共晶Al-24%Si合金的变质及变质机理研究一、研究背景过共晶Al-Si合金是一种重要的高性能材料，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和高温稳定性等特点，在汽车、航空、航天等领域得到广泛应用。
其中，Al-24%Si合金因其高硅含量，具有较好的耐高温性和热膨胀性能，在航空航天领域尤为重要。
然而，Al-Si合金制备过程中晶体生长受到外界影响，晶界处形成不稳定位错，导致合金的硬度和强度下降，影响材料性能，因此对于Al-Si合金的变质及其机理的研究具有重要意义。
二、研究目的本课题旨在通过实验考察过共晶Al-24%Si合金在不同条件下的变质现象，深入分析其变质机理，为提高Al-Si合金的性能和研制更高性能的Al-Si合金提供理论依据。
三、研究方法1. 制备Al-24%Si合金试样2. 将试样在不同温度及时间下进行热处理，观察和记录试样的显微结构和性能变化。
3. 通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等测试手段，对试样进行表征。
4. 分析试样的组织结构和物理性质变化，解释变质机理。
四、研究内容1. Al-24%Si合金的制备2. 不同温度及时间下合金的热处理3. 显微结构和性能变化的观察和记录4. 试样的表征和组织结构分析5. 变质机理的解释和研究五、研究意义1. 可以为提高过共晶Al-Si合金的性能和改进加工工艺提供理论基础和实验支持。
2. 对于Al-Si合金的结构和变质机理有深入的了解，有助于开发出更高性能的Al-Si合金。
3. 对于其他类似金属材料的性能改进有借鉴参考作用。
六、研究进度计划1. 完成Al-24%Si合金的制备：第一个月。
2. 进行Al-24%Si合金试样的加热处理，并观察变质现象：第二个月。
3. 对试样进行金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等表征：第三个月。
4. 分析试样的组织结构和物理性质变化，解释变质机理：第四个月。
5. 完成论文的撰写和答辩准备：第五个月。
铝合金细化剂的研究现状及其中共晶硅的变质研究现状
铝合金细化剂的研究现状及其中共晶硅的变质研究现状目前人们已经对铝合金有了较多的认识甚至是较深入的了解，通常人们为了提高铝合金的力学性能，通常要对铸铝中的初生硅相经行处理，晶粒细化剂是铝合金生产中常用的添加剂之一能显著提高铝合金的力学性能和机械加工性能对铝合金的生产具有十分重要的意义。
根据Hall-Petch公式可知材料的屈服强度和材料的晶粒大小成反比，细小的晶粒尺寸可以有效地提高材料的强度和韧性，同时改善合金的机械加工性能对于铝在各行业的应用均具有重要的意义。
目前，细化铝合金晶粒的方法主要包括以下4种方法：1、控制金属凝固时的冷却速度; 2、机械物理细化法包括机械振动机械搅拌等物理场细化法; 3、如电场磁场超声波处理等; 4、化学细化法,向合金中加入各种晶粒细化剂促进铝及合金的形核或抑制晶核长大。
在工业生产中细化晶粒尺寸最常用的方法是化学细化法即在熔融的铝液中加入晶粒细化剂起到异质形核的作用进而细化晶粒尺寸。
20世纪四五十年代，晶粒细化剂起源于英国的Cibula金属研究协会，这时的细化剂主要是Ti、B盐块剂。
20世纪60年代由于无芯感应炉的应用中间合金的生产及应用取得飞速发展相继出现了Al-Ti-B锭华夫锭等相关产品，20世纪70年代是铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B丝有效提高了晶粒细化效果降低了细化剂的加入量，同时改善了TiB2在炉内的团聚现象。
在20世纪七八十年代晶粒细化剂生产工业的研究方向主要是通过改善Ti/B配比优化细化效果。
20世纪90年代细化剂的生产开始采用ISO9002为基准的技术措施大大提高了Al-Ti-B的细化效果，同时由于硼化物仍然存在一定的团聚现象，影响细化剂的使用效果，从而采用一定量的石墨代替细化剂中的B制得的Al-Ti-B中间合金不仅具有较好的细化效果同时避免了硼元素的团聚现象。
现在常用的细化剂有Al-Ti-B中间合金、Al-Ti-B-RE、Al-5Ti-1C中间合金。
目前工业生产中使用的晶粒细化剂主要为Al-Ti-B，这种细化剂制备工艺较为成熟质量日益提高具有较好的细化效果，但存在TiB2团聚等问题仍需要不断改进作为改善Al-Ti-B细化效果，作为改善Al-Ti-B细化效果的Al-Ti-C和Al-Ti-B-RE细化剂也逐渐进入铝合金生产企业的视野，但是Al-Ti-C的制备过程复杂成本较高在现有条件下并不适合大规模工业生产，而Al-Ti-B-RE中由于加入了RE 元素导致其细化机理和工艺复杂化。
Al—Si系合金铸态晶粒细化技术的研究进展
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Al_Si合金Sr变质研究现状
航天制造技术 2006年8月第4期 49Al-Si 合金Sr 变质研究现状河南理工大学材料学院 米国发 文 涛 龚海军摘要 共晶硅的变质机理目前最被人们接受的是LU 和Hellawell 提出的杂质诱导孪晶理论。
锶变质对铝硅合金的凝固过程有着重要的影响，使得糊状区的凝固时间明显变长。
锶变质的孕育时间与合金中的磷含量和中间合金释放锶元素并与硅晶胚达到吸附平衡所需要的时间有关。
通过复合变质可使孕育时间变短。
铝液中初始锶含量越高, 保温初期锶的减耗速度越快，保温8～12h 后锶含量趋于一致。
熔体中的杂质是导致气孔的主要因素。
关键词 Sr 变质 Al-Si 合金 1 引言Al-Si 合金具有良好的耐蚀、耐热、耐磨等优点，是汽车制造业中尤其是轿车制造业中常见的合金材料。
在所有铝合金中，铸造Al-Si 合金占了90%以上[1]。
但是由于铝硅系合金硅相以粗大的针状晶结晶，降低了合金的机械性能，这在很大程度上限制了其使用范围。
自从 1921年Pacz 发现Na 对铝硅共晶组织有变质作用，能够明显提高铸件的力学性能以后，多年来，Na 以变质能力强等特点广泛应用于实际生产中。
但是，Na 变质有以下的不足：易衰退、吸收率低、易腐蚀工具和设备；Na 的沸点低（880℃），性质活泼，处理时将引起铝液的沸腾和飞溅；Na 密度低，容易产生比重偏析。
针对Na 的这些缺点，人们采取了各种措施，如：改进Na 的包装，加快Na 基盐类变质剂的反应，延长Na 基变质剂的作用时间等，但是Na 所存在的缺点也只能得到部分解决[2]。
Sr 变质具有长效性且重熔性较好，不腐蚀炉衬、不污染环境[3]，因此，20世纪60年代发现了Sr 有变质作用后，Sr 变质处理得到了迅猛的发展，且在铝合金轮毂上也得到了成功的应用。
目前，Sr 变质基本取代了传统的Na 变质。
下面对Sr 变质的有关研究成果作一综述。
2 变质机理关于Sr 的变质机理比较多，主要有下列几种：Shamsuzzoha 提出的TPRE 机制认为，共晶生长中硅片的结晶生长前沿往往是孪晶凹谷。
6班-铝硅合金的细化和变质处理实验报告
1．实验目的1)熟悉铸造铝硅合金的熔炼、精炼、细化和变质处理的过程；2)掌握铸造铝硅合金精炼、细化和编制处理的基本原理及方法；3)掌握细化剂和变质剂对铸造铝硅合金的影响。
2．实验内容1)对熔融的Al-7Si合金进行细化处理；2)对熔融的Al-7Si合金进行变质处理；3)在光学显微镜下观察，评价合金的细化和变质处理效果。
3．实验原理3.1 铝硅合金晶粒细化技术及其机理铸造铝合金铸态时通常呈现三种不同的晶粒状态：等轴晶、柱状晶和枝状晶。
有目的地一直柱状晶和枝状晶生长，促进细小等轴晶形成，这种工艺过程就叫做晶粒细化处理。
晶粒细化是通过控制晶体的形核和长大来实现的。
细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。
而形核质点主要有两种来源：一是包括快速凝固法、动力学方法和成分过冷法等的内生形核质点，二是向熔体中添加晶粒细化剂的外来形核质点。
目前，添加细化剂成为生产过程中最有效、最实用的方法。
对于铝硅合金，通常将细化元素Ti、B以中间合金的形式加入熔体来实现晶粒的细化。
3.2 铝硅合金变质处理技术及其机理铝硅合金中，由于Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，严重的割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而必须采用变质处理工艺，使共晶硅形貌发生变化，提高合金性能。
4．实验步骤1)在两个Al2O3坩埚中分别加入1000g的铝硅合金原料，在电阻炉中升温至720℃，溶化后保温1小时以促进成分的均匀化；2)对精炼处理后的Al-7Si合金教主一组试样；3)向一个坩埚中加入0.03%的B进行晶粒细化处理；4)向另一个坩埚中加入0.03%的Sr进行变质处理；5)1-2人为一组，每个20-30分钟以组为单位浇注试样，为充分观察细化和变质处理的孕育期和衰退期，应至少浇注4组试样；6)对各组试样进行处理，在光学显微镜下观察，评价合金的变质效果，观察晶粒尺寸。
5．实验结果分析5.1 晶粒细化效果分析将实验分成三个实验组，第1组为未加细化剂处理的原料铸型，第2组为加入细化剂处理20min后的原料铸型，第3组为加入细化剂处理40min后的原料铸型。
Al—Si合金变质技术的应用现状与进展
Al—Si合金变质技术的应用现状与进展
耿浩然;马家骥
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】1995(019)005
【摘要】综述了目前生产中常用的Ａｌ－Ｓｉ合金变质元素（剂）钠、锶、稀土、钾、钡、磷等的使用特点，介绍了这些变质技术的应用概况和新的研究成果。
认为钠盐、稀土和磷盐复合变质将是今后研究的热点。
【总页数】4页(P6-9)
【作者】耿浩然;马家骥
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TG136.1
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铝硅合金细化处理的研究进展
除 了存 在 Ａ—ｉ 晶组 织 之外 ， 会 形 成 粗 大 的多 边 ｌ 共 ｓ 还
形 片状 初 晶硅 。初 晶硅 的存在会 使合金 的机 械加工 性 能与力 学性能 降低 。因此 ， 何 改 变铝 硅 合金 中初 晶 如
献［ ］ １ 研究 了 Ｓ— 间合 金 对 Ａ．４ Ｓ 合 金 的变 质 ｉ Ｐ中 Ｉ ％ ｉ ２
．
铝 硅合金 具有 密 度小 、 膨 胀 系数 小 和 耐磨 性 好 热 的特 点 ， 因此 此类合 金 在 生产 耐 磨 性要 求 高 的工 件 上 得到 了广泛 的应用 。但 是 ， 在传 统 的铸 造工 艺条件 下 ， 随着 ｓ 含量 的 不 断增 加 ， 硅 合 金 在其 凝 固过 程 中， ｉ 铝
Ｎ 和 Ｓ， ａ ｒ合金 中含 ｓ 量越 大 ， ｂ的加 入量 越 大 ，ｂ加 ｉ Ｓ Ｓ 入量 过多 时 ， 出现 过变 质 组 织 ， 会 使初 晶硅 逐渐 变 粗 。 Ｋ 比 Ｎ 具 有更 强 的变质 效果 ， 是变质有 效 时间仍然 ａ 但 比较偏 短 ， 而且对 熔 炼设 备 也 有 一定 的腐 蚀作 用 。文
硅 的尺 寸形貌 ， 高合金 的性能 ， 为铝硅合 金研究 的 提 成
重点工 作 。本 文 系统介 绍 了各 种铝硅 合金 制造过 程 中
初 晶硅 细化 方法 。
１ 变 质 处 理
铝 硅合金 中的共 晶体及其 初 晶硅 的变 质机理研 究
是世 界各 国铝合金 材料 工作者 的一个 重要课 题 。变质
第 ３ 卷第 ２期 １ ２１ ０ １年 ０ Ｌ ４月
矿 冶 工 程
Ｍ Ｉ ＮＧ ＮＩ ＡＮＤ ＥＴＡＬＬＵＲＧＩ Ｍ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ ． １ № ２ Ｉ３ Ａｐ ｉ ２ １ ｒ ０ １ ｌ
过共晶Al-Si合金的变质处理试验
关键词：过共晶 Al-Si 合金；变质处理；显微组织；初生 Si；Al-P（3.5%）合金
中图分类号：TG146.2+1
文献标识码：A
文章编号：1004-4620（2018）04-0034-03
1前言
由于过共晶 Al-Si 合金具有铸造及焊接性能 好、热膨胀系数小、耐磨性能高等特点，在铸造铝合 金中被广泛应用。但过共晶 Al-Si 合金中的针状共 晶 Si 以及粗大的块状初生 Si 严重割裂基体，降低合 金的力学性能［1］，实践也证明过共晶 Al-Si 合金的 性能受到合金中硅晶体的形状和分布的影响。因 此无论是共晶体中的 Si，还是初生晶的 Si 晶体，如 果在基体中既细小又圆滑且分布均匀，则合金就会 既有高的塑性，又有高的强度。反之则冲击韧性与 疲劳强度会大大降低，在母体变形后往往从硅晶体 处开始断裂。
本研究用 Al-Sr（10%）合金、Al-P（3.5%）合金 和 C 还原磷酸钠（赤 P∶Na3PO∶4 石墨 C=1∶5.3∶2.5）分 别对 Si 12%、Si 15%、Si 18%的过共晶 Al-Si 合金进
收稿日期：2018-01-23 作者简介：于勇衡，男，1975 年生，1997 年毕业于山东工业大学铸造 专业。现为山东铝业职业学院教师，工程师，从事铝合金冶炼工艺 研究及教学工作。
墨 C=1∶5.3∶2.5）分别对过共晶 Al-Si 合金进行变质处理。结果表明，过共晶 Al-Si 合金用 Al-P（3.5%）合金变质效果最佳，显
微组织下初生硅数量增多且呈球形均匀弥散分布，Al-P（3.5%）合金加入量在总量的 1.1%～1.2%之间，最佳变质时间为 20
min 左右，最稳定的变质温度应控制在 780～810 ℃温度区间。
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Al-Si研究现状
Al-Si研究现状1.4 Al-Si合金的研究现状铝的比重小，塑性好，具有优良的导电性和导热性，表面有致密的氧化膜保护，抗腐蚀性好，而且回收成本低，是一种可持续发展的有色金属。
在纯铝中，加入其它金属或非金属元素，能配制成各种可供压力加工或铸造用的铝合金。
由于铝的密度小，其比强度(拉伸强度/比重)远比灰铸铁、铜合金和球墨铸铁的高，仅次于镁合金、钦合金和高合金钢[80]。
铝及其合金的上述优点决定了它在工业上越来越重要的地位和突飞猛进的发展。
铝的消费己从最初的军工、航空航天、电力、机械等传统领域扩展到交通运输、建筑等领域，其中交通、建筑及包装三个领域的消费比例约占消费总量的70%，而汽车工业的发展也为铝材消费提供了巨大的市场空间。
铝合金最早于1903年试用于内燃机活塞，其成分为Al-10%Zn-3.5%Cu，然而其耐热性不能满足要求，不久就被放弃，但对活塞材料的发展是个突破。
随后欧美研制出Al-8%Cu合金，改进了活塞的耐热性，基本上满足了当时活塞的使用要求，因而该合金曾盛行了一个时期。
1921年“Y合金”(Al-4%cu-1.5%Mg-2.0%Ni)问世，合金中加入Cu和Mg起到弥散强化作用，加Ni 生成NiA13金属间化合物，提高了合金的抗高温蠕变性能。
这样，“Y合金”以其高耐热性、较好的铸造和锻造性能而作为典型的活塞用铝合金而广泛使用。
我国研制成功RR合金(Al-2%cu-l%si-1%Fe-1.5%Mg-1%Ni)，通过加入Ni、Fe 等合金元素提高了耐热性81】。
1920年PacZ发现Na对Al-si二元共晶合金具有变质作用[82]，能改变合金的显微组织，显著提高合金的力学性能，Al-si共晶合金开始应用于活塞生产。
1924年德国KS公司研制成功膨胀系数低于“Y 合金”的A1-Si系活塞合金—KS245合金(Al-14%Si-4.5%Cu- 1.5%Ni-0.7%Mg)。
1926年KS公司研制成功过共晶Al-Si合金KS280，达到进一步降低合金热膨胀系数的目的。