2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、過共晶鋁硅合金具有小的熱膨脹系數(shù)、較低的密度、良好的耐磨性和耐蝕性、良好的高溫性能以及鑄造性能,適于制造交通運(yùn)輸和機(jī)械制造領(lǐng)域所用的耐熱耐磨零件。然而,隨著使用要求日益提高,傳統(tǒng)過共晶鋁硅合金中初晶硅和共晶硅相過于粗大、加工和成形困難等問題也日益突出,亟需在新型合金變質(zhì)劑、合金化元素、合金熱處理以及成形工藝方面有所發(fā)展。本文主要針對鋁硅合金合金化以提高力學(xué)性能尤其是高溫力學(xué)性能的問題展開,首次系統(tǒng)研究了在過共晶鋁硅合金中添加鈷(Co)元

2、素對于合金微觀組織和力學(xué)性能的影響,并引入高能超聲振動,研究內(nèi)容包括Co與混合稀土(RE)變質(zhì)劑、Co與Fe元素的相互作用以及固溶處理對于合金的影響。
  研究了在AlSi20Cu2Ni1合金中,Co和RE的相互作用。在P–RE復(fù)合變質(zhì)的AlSi20Cu2Ni1RE0.6合金和不含RE的合金中,添加0.3%到1.5%的Co,研究其對合金的影響。結(jié)果表明,隨著Co含量的增加,合金中針狀含RE化合物增多。加入Co元素之后,合金中生成了

3、長針狀的Al–RE–Co–Ni–Si化合物。Co的添加會降低AlSi20Cu2Ni1RE0.6合金的力學(xué)性能。對于不含RE的合金,當(dāng)Co含量小于等于0.7%時,生成小體積、分布彌散的含Co金屬間化合物;當(dāng)Co含量大于0.7%時,其形態(tài)為樹枝狀或魚骨狀,尺寸較大。合金中的Co含量低于0.7%時,Co的添加可以提高AlSi20Cu2Ni1合金的極限抗拉強(qiáng)度。Co對初晶Si和共晶Si的組織變化沒有影響。
  系統(tǒng)研究了在AlSi20Cu

4、2Ni1合金中,Co和Fe的相互作用對合金的影響,尤其關(guān)注了高溫力學(xué)性能方面。結(jié)果表明,AlSi20Cu2Ni1合金中添加一定量的Co,可以有效改變合金中富Fe相的形態(tài),并提高合金的抗拉強(qiáng)度。例如,在AlSi20Cu2Ni1合金(含有0.2%左右的Fe)中添加0.3%到1.5%的Co,富Fe相從長針狀β相轉(zhuǎn)變?yōu)闈h字狀的Al15(Fe,Mn,Co)3Si2相和樹枝狀或魚骨狀的四元Al9(Fe,Co,Ni)2相。而當(dāng)在P變質(zhì)的AlSi20C

5、u2Ni1Fe0.7合金和AlSi20Cu2Ni1Fe1.0合金中添加0%到1.5%的Co,兩種合金中含F(xiàn)e金屬間化合物的體積分?jǐn)?shù)都隨Co含量的增加而逐漸增加。當(dāng)Co含量為0%時,合金中的富Fe相為長針狀的β-Al5(Fe,Ni)Si相;添加Co之后,富Fe相轉(zhuǎn)變?yōu)闈h字狀、顆粒狀、短棒狀或枝晶狀的α-Al15(Fe,Co,Ni)3Si2相。對比Co含量為0%時,在AlSi20Cu2Ni1Fe0.7合金中添加0.91%Co以及在AlSi2

6、0Cu2Ni1Fe1.0合金中添加1.3%Co,均會引起合金中富Fe相的平均長度、寬度、長寬比下降。Co可以有效地提高兩種合金的室溫和高溫(350℃)下的力學(xué)性能。含F(xiàn)e量為0.7%的合金的室溫和高溫(350℃)的抗拉強(qiáng)度最大值分別為275MPa和101MPa,對比Co含量為0%時取得的最小值,分別上升了13%、28%;含F(xiàn)e量為1.0%的合金的室溫和高溫(350℃)的抗拉強(qiáng)度最大值分別為296MPa和120MPa,對比Co含量為0%時

7、取得的最小值,分別上升了24%和35%。這兩種合金的最佳Co、Fe比均為1.3。
  將高能超聲振動引入過共晶鋁硅合金的制備,研究了高能超聲振動對于不同Co含量(XCo,0%≤X≤1.5%)的AlSi20Cu2Ni1合金和不同Co含量(XCo,0%≤X≤1.05%)的AlSi20Cu2Ni1Fe0.7合金的影響。對合金熔體施加高能超聲振動(710℃施振,超聲振動120s)會造成合金中富Co相的體積分?jǐn)?shù)、長度、寬度明顯的下降,合金中

8、富鐵相的尺寸減小、長寬比減小。另外,超聲振動還可以有效的細(xì)化初晶硅相,降低初晶硅相的體積率。超聲處理細(xì)化組織的原因主要是增進(jìn)晶粒形核、阻止晶粒單一方向的優(yōu)先生長和增大固溶系數(shù)。在AlSi20Cu2Ni1合金中添加低于0.7%的Co、在AlSi20Cu2Ni1Fe0.7合金中添加不多于0.91%的Co,以及對合金熔體施加超聲振動,均可以提高合金室溫和高溫(300℃或350℃)的抗拉性能。以AlSi20Cu2Ni1Fe0.7合金為例,當(dāng)Co

9、含量為0.91%時,未經(jīng)超聲處理時合金的室溫和高溫抗拉性能(350℃)分別取得最高值275MPa和101MPa,超聲處理之后則分別為284MPa和132MPa。
  首次研究了固溶熱處理對于含Co過共晶鋁硅合金微觀組織和力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)非平衡熱處理可以改變合金中富Fe相的形貌。當(dāng)固溶處理溫度為510℃,固溶處理時間從0小時增加到11小時,粗大片狀的δ-Al4(Fe,Co,Ni)Si2相的邊緣部分、尖端部分和平面位置會伴隨固溶處

10、理時間的增加逐漸變化:隨著Si,F(xiàn)e和Ni元素的向外擴(kuò)散,δ-Al4(Fe,Co,Ni)Si2相的體積逐漸減??;另外,δ-Al4(Fe,Co,Ni)Si2相尖端位置的變化速率要大于平面位置。δ相的這種變化是由擴(kuò)散引起的晶界遷移引起的。二維情況下表現(xiàn)為粗大片狀的δ-Al4(Fe,Co,Ni)Si2相,其三維真實形貌為長方體。此長方體的長度與寬度相仿而高度則小很多。對該合金極限抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度而言,固溶處理時間的變化有著極其重要的影

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