合金新型凝固组织控制技术 -

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-03 人气:1

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摘要：本文介绍了一种合金新型凝固组织控制技术——细晶粒轻金属合金及大块非晶合金成型铸造。应用此种技术，不仅能够控制熔体的冷却速度，而且还能提高熔体的铸造充型能力。对铸造A356铝合金的研究取得了如下的成果：得到5mm的晶粒，比水冷铜模所得到的晶粒（8mm）小37.5%，铸态组织的显微硬度为800MPa，比常规金属型铸造的硬度（600MPa）高33.3%，试样的抗拉强度为220MPa，比金属型铸造（sb：179MPa）的提高22.9%。在制备非晶方面，不仅能够得到大尺寸非晶合金块体材料，而且还能制备出形状复杂的大块非晶合金铸件。
关键词：控制凝固充型性大块非晶铝合金

1．前言

合金的凝固组织控制是科研和生产中都非常重视的问题。在过去的几十年里，为了充分挖掘金属材料潜在的性能，人们研究了很多控制凝固组织的方法, 如定向凝固技术[1]，深过冷技术[3]，雾化法[2,4]，熔体甩带法[5,6,7]，激光表面熔凝法[8]等。由于快速凝固可以使合金的组织结构发生一些变化，包括固溶度增加，晶粒细化，偏析减少，微晶组织、亚稳相以及高的点缺陷密度结构的形成，甚至非晶形成等，从而给合金带来一系列优异的性能，如强度提高、硬度增大、耐磨性/耐蚀性增加、磁性能变得更加优异等等，因此，近年来，快速凝固技术得到迅猛的发展，成为材料科学与工程研究的一个热点。通常，在工业上采用快速凝固技术实现凝固组织控制过程的目的在于获得高强度细晶粒合金组织。实际上，为了得到细晶粒、高强度轻金属合金铸件，在成型铸造时需要水冷以上的冷却速度，然而，较快的冷却速度限制了合金熔体的充型流动过程，难以实现轻合金复杂件的成型铸造。目前，从熔体制备大块非晶合金也需要较快的冷却速度，如水冷铜模法、石英管水淬法、熔体吸铸法等，现有制备大块非晶合金的方法所能达到冷却速度为每秒百度以上。但是，由于冷却速度较快，难以满足成型铸造充型性的要求。这些方法只能制备简单形状的、体积较小的粉、片、棒、板等，而对于复杂形状的铸件，上述的快速凝固方法却显得无能为力。

因此，本文提出一种新的凝固组织控制技术——细晶粒轻金属合金及大块非晶合金成型铸造。利用这种技术，通过工艺参数控制，我们获得了不同尺寸的细化晶粒组织、微晶、纳米晶，甚至非晶结构。

2．在铝合金中的试验

A356合金是常用的铸造铝-硅合金，此合金具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理后，具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和中等的机械加工性能，是铸造铝合金中用途最广的合金之一，可以在铸态下使用，或者经过一定热处理处理后使用。在汽车工业中，一般用于制造汽车发动机的泵体、汽车底盘和轮毂[9]。

利用此种技术将A356合金进行可控制速率的凝固，其晶粒大小随凝固速率的变化如图2.1所示。在冷却速率达到700K/s时，可获得晶粒尺寸为5mm的组织，而在较慢速冷却速度下（100K/s）得到的状态晶粒尺寸为18mm。

图2.1 晶粒尺寸随凝固速率的变化