铝硅合金中富铁相的形貌与行为研究

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1、^*Zm^掌博±掌＆*文一镕硅女童中富‰相$n-目{亍’为工井究摘要铝硅合金由于具有多种优良性能而成为最常用的铸造铝合金，在合金熔炼和掺入回炉料时铁很容易进入铝液，在凝固过程中形成富铁的金属问化合物。回收铝中也含有大量的铁。通常情况下铁是有害元素，特别是铁含量超标时，材料中的铁相对合金性能产生很大影响。因此，铝硅合金除铁及消除铁相的有害作用成为生产者和科研人员广泛关注的问题，许多科技工作者对此做了大量工作。但这些研究工作中缺乏对添加中和元素方式等多种因素综合作用对铁相形态的影响的研究，也没有熔炼工艺对铁相形态影响的研究报导。本文从有效使用铝硅合金废料及有效去除铁相的角度出发，

2、主要研究铝硅合金中铁相的形貌与影响铁相形貌的各种因素之间的关系，以期能更有效地发挥中和元素的作用以及降低合金中铁含量。系统研究了铝硅合金中含铁量为1．0～1．4％时，合金中硅含量、中和元素、冷却速度等因素对铁相形貌的影响。。结果表明，当含铁量高于1．0％时，铁相除具有更强的形成针状铁相倾向外，还具有强烈地形成初生铁相的倾向。加入中和元素锰在慢冷却速度下能有效抑制针状铁相的产生，但较高冷速条件下针状铁相仍会形成。当冷速高于20℃／s时，无论亚共晶或共晶成分的合金均出现针状铁相，这些针状铁相难以通过提高锰铁比的方式消除。在浇注前向铝硅合金熔体中加入氯化锰，与采用铝锰中间合金加锰方

3、式的对比研究表明，加入氯化锰这种锰元素添加方式可以在更低的锰加入量条件下避免针状铁相的产生。含铁1．4％的共晶铝硅合金中加入0．43％锰就可以完全避免针状铁相在慢冷速组织中产生。由于氯化锰的炉前加入，对铝硅合金中的铁相起到变质作用，使铁相的晶核数明显增加，避免了初生铁相的粗大化。采用锰铍复合加入的方法可以降低总的中和元素的加入量。在含铁1．4％的铝硅合金中加O．5％的锰、0．2％的铍，与单加锰的合金组织相比，出现针状铁相的区域对应于更高的冷却速度，针状铁相也非常细小。锰擅要铍复合加入形成的Ot铁相形貌为多角形状，而共晶铁相则为点状组织，立体为针状组织，这主要是由于铍对铁相有细

4、化作用。由于形成的铁相很细小，材料的延伸率得到明显提高。用锰作为中和元素的高含铁(1．O-1．4％)铝硅合金，经六氯乙烷精炼处理后，明显增加初生铁相的形成倾向。形成的初生铁相结构为十二面体．在熔体中吹入氮气也同样增加初生铁相的数量。对经六氯乙烷精炼的熔体在不同温度液淬后的组织观测，发现在液相中已有十二面体铁相存在，说明吹气和精炼能提高铁相的形核温度，增加铁相的核心数量。因此，吹气和精炼虽然强烈促进初生铁相的形成，但不易使铁相粗大化。7B针状铁相(立体为片状)在高温热处理过程中，在片边缘及内部的缺陷处将发生溶解。在缺陷及边缘处，铁锰硅原子处于高能状态，有向低能状态转化的趋势。提

5、高热处理温度比增加热处理保温时间的作用更明显。而在非平衡热处理条件下，铁锰原子的扩散速度加快使得铁相局部发生溶解。快冷速下形成的铁相缺陷较多而易于发生溶解现象。1一含锰汉字状铁相的晶体结构为体心立方。晶格常数值的差异是由铁相中的含锰量不同引起的。锰的原子半径大于铁的原子半径，当铁相中含有锰原子时，测得的晶格常数处于0【铁相的晶格常数值(a=12．52A或12．56A)和cc锰相的晶格常数值(a=12．65A)之间。在含铁1．4％、含锰1．4％和含铁O．7％、含锰0．7％的亚共晶铝硅合金中，在冷却速度较快(约30"C／s)的区域出现a铁相与13铁相的依附现象，这是由于凝固过程中

6、发生的包晶反应不能进行完全。从6铁相转变而成的伐铁相仍保持着D铁相的板片状特征。锰的加入扩大了仅铁相稳定存在的成分范围。与铝硅铁三元系中的包晶反应Liq．+6一D不同，加锰铝硅合金中6铁相的包晶反应则以Liq．+6—0【的形式进行。，关键词：铝硅合金，铁相形貌，中和元素，精炼，热处理ⅡAStudyontheMorphologyofIron—richPhaseanditsSolidificationBehaviorinAluminum—siliconAlloyABSTRACTAl—Sialloysarethemostpopularfoundryaluminumalloysdue

7、totheftexcellentproperties．Ironcanbeeasilypickedupinthealuminummeltduringhandlingandrecyclingandwillformiron-richintermetalliccompoundsduringsolidificationprocess．Recycledaluminumalloysoftencontainlargeamountofiron．Ingeneral，ironisdetrimentaltoproperties