铝硅系铸造铝合金的晶粒细化处理
汽车发动机缸体用ADC12铝合金铸造成分优化
汽车发动机缸体用ADC12铝合金铸造成分优化摘要：随着汽车工业的蓬勃发展，汽车产业在现代先进科技的支持下朝着轻量化而高速、低排放的方向前进，越来越多汽车使用高性能铝合金替代传统的钢铁材料，尤其是在制造汽车发动机的缸体和缸盖等零部件方面。
铸造铝硅合金具备优良的力学性能和成型性能，是铝合金材料使用中相对广泛的一种体系。
普通合金力学性能低，提高硅合金的力学性能成为当前需要解决的问题。
本文围绕ADC12铝合金出发，分析该合金铸造的成分优化途径的实现。
关键词：汽车；ADC12；成分；铸造；优化使用铸造铝合金材料制备汽车发动机不仅仅能够提高汽车发动机性能，也可以减轻汽车发动机的重量，与灰铸铁工艺相比，铸造铝合金材料具备更优良的导热性能，使用该材料制备的发动机能够更好散热，避免汽车发动机在工作过程中出现局部高温现象。
目前国内外汽车制造多采用共晶与亚共晶铸造硅合金材料来制备发动机缸体，通过一系列的强化处理之后，合金的强度与加工性能明确改善。
ADC12铸造铝合金材料有热膨胀系数小和优良的耐腐蚀性能，目前被广泛运用在制作汽车发动机缸体、缸盖、动力工具等零部件中，前景广阔。
1.汽车发动机缸体材料的发展运用现状汽车发动机缸体是组成发动机的重要零部件，约占整车总质量的18%，整体结构复杂，壁厚分布不均匀，薄处仅为3~5mm，发动机的工作环境恶劣，在高温与高压状态下工作，最相对运动，刚提零件内部会产生很大的机械应力和热应力，同时要承受多处剧烈的磨损，所以在生产与设计上，汽缸体材料的选择十分关键。
目前汽缸体生产材料主要有几种：①灰铸铁气缸体，这种材料有很好的机械性能与铸造性能、减震性能与耐磨性能，因此成为汽缸体的首选材料。
目前灰铸铁缸体铸件材料有 HT200、 HT250、HT300等。
灰铸铁中碳元素形态对材料的力学性能有重要影响，以石墨碳元素形态出现的时候，由于石墨本身具备良好的润滑性能，可防止缸体的剧烈磨损，但是这种材料长而薄，表面平坦端部尖锐，平坦部分很容易造成石墨脱落，而尖锐部分很容易造成应力集中，出现裂纹导致力学性能下降。
铸造铝合金铸造工艺相关热点问题的探讨
铸造铝合金铸造工艺相关热点问题的探讨作者：孙春英来源：《商品与质量·学术观察》2014年第01期摘要：如今对铸造铝合金的研究包括很多方面，比如合金元素在合金中的作用、合金成分的优化和新的合金的研究、合金的熔炼、合金液的精炼处理、合金的晶粒细化、铝硅合金的变质处理、传统铸造方法的优化和开发新的铸造方法以满足铝合金铸件的大型化、薄壁化、复杂化要求。
本文则在此基础上对铝合金铸造工艺相关热点问题进行一番探讨。
关键词：铝合金特点成形方法一、铸造铝合金的工艺特点1、 Al-Si 系铸造合金Al-Si 系铸造合金的 Si 含量一般为 5%—13%，属于亚共晶和共晶型合金。
也有Si 含量超过 15%的过共晶铝合金。
Al-Si 系具有良好的铸造性能，气密性好，流动性好，热裂倾向小。
在 Al-Si 系合金中主要的强化相有 Al2Cu、Mg2Si 和 Al2CuMg，经过变质处理和热处理后，合金的力学性能会显著提高，加上较好的铸造性能，Al-Si系合金是铸造铝合金中品种最多，应用最广的。
ZL102 合金为共晶型合金，具有好的铸造性能，流动性好，没有热裂倾向，气密性好。
但由于生成的共晶硅为粗大的针状和片状，割裂了铝基体组织，力学性能和切削加工性能差，所以合金需要变质处理，改变硅的形态，使共晶硅变细。
ZL114A 具有较好的铸造性能，具有较高的强度且具有较好的塑性，可焊性较好，在航天航空和军工领域有广泛的应用。
2、 Al-Cu 系铸造合金Al-Cu 系铸造合金中 Cu 含量在 4.5%—11%范围内，Al2Cu 是最主要的强化相，在室温和高温下有较好的强度和热稳定性而且具有较好的切削加工性能。
但是铸造性能比 Al-Si 系铸造合金差、气密性低、耐蚀性差，特别是热裂倾向较大，给铸件的生产带来较大的工艺难度。
特别是当含量处于 4%—5%时热裂倾向最大，超过这个含量是的热裂倾向降低。
通过添加中间合金细化晶粒，可以降低合金的热裂倾向。
Al-Ti-B合金晶粒细化
目录1、引言 (1)2、细化原理 (1)2.1、包晶相图理论 (2)2.2、碳化物-硼化物理论 (2)2.3、双重形核理论 (3)2.4、α-Al晶体增殖理论 (3)3、合金元素的作用 (3)3.1、Ti对铝合金熔铸组织的细化作用 (3)3.2、B对铝合金熔铸组织的细化作用 (4)3.3、其它杂质元素对铝合金熔铸组织的细化影响 (4)4、小结 (5)5、参考文献 (6)Al-Ti-B合金晶粒细化【摘要】铝合金中加入少量Ti和B时,铝合金组织可得到明显细化，合金的强度、韧度、耐磨性、抗疲劳性能及热稳定性等均有所提高。
【关键词】铝钛硼合金晶粒细化合金元素Al-Ti-B Alloy grain refinement 【Abstract】Aluminum alloy to add a small amount of Ti and B, the refined aluminum alloy group is obviously, the strength of the alloy, toughness, wear resistance, fatigue resistance and thermal stability were improved【Key words】Al-Ti-B alloy grain refinement alloying elements1、引言根据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[1]。
目前，细化铝合金晶粒的方法主要包括以下4种：①控制金属凝固时的冷却速度[2]；②机械物理细化法，包括机械振动和机械搅拌等；③物理场细化法[3]，如电场、磁场和超声波处理等；④化学细化法，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。
16317399_三维打印成型铝硅合金制件的性能及表面处理
第10卷 第2期 精 密 成 形 工 程2018年3月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING51收稿日期：2017-12-15 基金项目：总装“十三五”预先研究综合工艺集成项目；国家自然科学基金（51205082）；山东省自然科学基金（ZR2017MEE002） 作者简介：王喆（1994—），男，硕士研究生，主要研究方向为三维打印技术及其在电子制造中的应用及新型微纳半导体材料与器件。
通讯作者：李宇杰（1975—），女，博士，教授，博导，主要研究方向为三维打印技术及其在电子制造中的应用、先进电子封装与微纳连接技术、新型微纳半导体材料与器件、II-VI 族半导体材料及高能射线探测器件及高性能LED 照明系统开发。
三维打印成型铝硅合金制件的性能及表面处理王喆1，牛晨旭2，刘娟2，魏敏和2，程军梅2，黄璐洋1，李宇杰1（1. 哈尔滨工业大学（威海）材料科学与工程学院，山东 威海 264209；2. 北京遥感设备研究所，北京 100854）摘要：目的 研究三维打印成型铝硅合金制件的性能及表面导电氧化处理后的表面质量与形貌。
方法 采用激光选区熔化技术打印AlSi10Mg 制件，分别测量其成分、密度和抗拉强度，将其性能与铸铝104块体材料进行比较；并对打印成型的AlSi10Mg 制件进行表面导电氧化处理，测试分析处理前后的表面粗糙度和表面形貌，对比平面和弧面打印样品的表面质量。
结果 三维打印的AlSi10Mg 制件密度略小于铸铝104体材料，抗拉强度则较高，达到440 MPa 。
经过表面导电氧化处理之后，在钝化层中产生裂纹。
弧面样品的表面粗糙度较大，为2~5 μm ，表面裂纹的宽度和分布都不均匀；平面样品的表面粗糙度较小为1~2 μm ，裂纹宽度在800 nm~1 μm ，分布均匀，形成尺寸为1~2 μm 且均匀分布的岛状结构。
结论 三维打印AlSi10Mg 制件强度高，可以作为承载力的结构件，并且通过对其进行表面处理，获得了具有潜在应用价值的表面微纳结构。
合金中的变质处理
第一类变质处理
细化初晶α(Al)
细化初晶α(Al)的 元素常见的有钛、硼、 锆、稀土等。主要是 以中间合金或盐类形 式加入铝合金熔液中。 加入的变质剂与铝液 发生反应后生成TiAl3、 AlB2、TiB2、TiC、 B4C等起晶粒细化作 用。
细化初晶硅 对于过共晶铝硅合
金,组织中存在着大块 多边形及板片状共晶 硅。含硅量越多,初晶 硅就越多。根据铝硅 合金中不同的含硅量, 加入磷或含磷化合物 进行细化。
因此，对不同的金属应选用不同的变质 剂。例如向铸铁中加入少量硅铁、硅钙、镁、 稀土；向铝硅合金中加入少量钠，向铜合金 中加入少量铋和锂等。
工艺
ZL101属于亚共晶铝 硅合金,硅含量为 6.5%~7.5%,大于6%,因而 在熔炼过程中需要进行变 质处理。铝合金变质处理 一般分为3类:细化初晶 α(Al)或初晶硅;改变和细 化共晶硅的形状;改变有 害杂质相(如富铁相)的形 态。
铝 钛 硼
一。Al面-T是i-B铝与凝R固e、时的有效形核基面，
丝
Sr等元增素加共了同形作核率，从而使结晶组织
变
用更，佳其。细细化化。效果
质 剂
原理
吸附变质剂的特点是熔点低， 能显著降低合金的液相线温度；原 子半径大，在合金中固溶量小。在 晶体生长时，吸附变质剂富集在相 界面上，阻碍晶体长大，又能形成 较大的成分过冷，使晶体分枝形成 细的缩颈而易于熔断，促进晶体的 游离和晶核的增加。
空气中的水蒸
气以冰晶为凝Biblioteka 结核，继续冷 凝成水滴。形核变质剂是指加入金 属液中能作为晶核，或 虽未能作为晶核，但能 与液态金属中某些元素 相互作用产生晶核或有 效形核质点的添加剂。
人工降雨的关键在于形成 凝结核。用干冰来人工降雨的 真正原现理在是的利人用工干降冰雨升已华经产不生 的分晶超水，使银低蒸然用。温气后干将，直空冰碘使接气，化空凝中而银气华的是微中形大使粒的成量用直一微水碘接小小蒸化撒部冰气 再以在微空小气冰中晶，为作凝为结凝核结继核续促凝 结成使雨水滴蒸。气冷凝为雨滴。不
铸造铝合金化学成分
铸造铝合金化学成份分析及热处理原理论述(1)铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。
有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在10％～25％。
有时添加0.2％～0.6％镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。
有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。
此类合金广泛用于制造活塞等部件。
(2)铝铜合金，含铜4.5％～5.3％合金强化效果最佳，适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。
主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。
(3)铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝合金，含镁12％，强化效果最佳。
合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。
(4)铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。
在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。
不经热处理就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。
经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。
以铝为基的合金总称。
主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。
铝合金密度低，但比强度高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。
铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，力学性能高于铸态。
可加工成各种形态、规格的铝合金材。
主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。
铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。
变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。
不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。
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。
铝硅系铸造铝合金的晶粒细化处理
( a) 细化前 ; ( b) 加 0. 2w t % 细化剂 ; ( c) 加 0 . 4w t % 细化剂
F ig . 1 M icrostructure of A l S i casting a lloy be fo re and a fter gra in refined trea t m ent
/M Pa
s
/%
175 192 227 184 198 225
2 . 7 6 . 0 8 . 7 2 . 5 7 . 1 7 . 6
晶粒细化后晶粒边界增大。晶界处有大量晶体 缺陷, 如位错和空位, 晶体点阵有严重畸变 , 合金中难
欢迎订阅由中国机械工程学会和北京机电研究所主办的专业核心期刊 ( 2011 年 )
第 11 期 11 月
V o l 35 N o 11
H EAT TREATMENT OF METALS
N ov e mber 2010
铝硅系铸造铝合金的晶粒细化处理
邱亚东 (中航工业贵阳航空电机有限公司 技术部 , 贵州 贵阳
纤维状 , A l晶粒数量明显增多 , 且显著细化 ; 合金力 学性能 获得显 著提 高 , 抗拉强 度
细化铸造铝合金的晶粒对提高其力学性能, 延长 铸件使用寿命十分重要。用冶金合金化方法细化晶粒 经济、 简便、 实用。往熔融合金中添加高熔点金属或非 金属及其化合物粒子能促使增加结晶凝固时 的形核 率 , 从而使晶粒细化。本项研究着重探讨添加氟硼酸 钾和氟钛酸钾细化铝合金晶粒的效果。
表 1 反应形成的硼 、 钛、 铝化合物的点阵常数 [ 2] Tab le 1 Lattice constan t of B, T i and A l compound[ 2]
析 , 铸锭试样进行金相分析、 拉伸试验。细化剂加入量 ( 质量分数, 下同 ) 分别为 0. 2 %和 0 . 4% 。图 1 所示为 细化处理前和处理后铸锭的显微组织。由图 1 可以看
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。