Al-Mn-Ti準晶中間合金的制備及在Al-25[%]Si中的應用.pdf

1、長期以來，共晶成分的Al-Si合金由于具有較低的熱膨脹系數、較高的耐磨性能和優(yōu)良的熔鑄及加工性能，常成為中小型內燃機活塞的首選材料。但隨著內燃機向高速度、高功率的發(fā)展，傳統的共晶成分Al-Si合金活塞已經滿足不了其發(fā)展的需要。于是出現了過共晶(含Si=16～26wt.[％])Al-Si合金活塞，但是在過共晶Al-Si合金中，隨著硅含量提高，初晶硅變得十分粗大，嚴重影響合金的綜合力學性能以及切削加工性。
　　 而準晶自被發(fā)現以來，

2、一直是材料科學界所研究的熱點。準晶具有高硬度、耐熱性和低表面能等獨特性能，使其特別適合作為韌性基體材料中的強化相。準晶增強鋁基復合材料是一個研究熱點，也是準晶在應用上的重要推廣，進行這方面的研究在擴大準晶的應用范疇方面具有重要意義。
　　 本文正是基于準晶增強鋁基復合材料的設想，設計一種新型鋁基準晶中間合金，并將其加入Al-25[％]Si鋁硅合金中，改善過共晶鋁硅合金的組織。實驗采用真空感應爐熔煉、水冷銅模冷卻凝固的方法，通過向

3、Al-Mn二元準晶合金中添加Ti元素，制備出了Al-Mn-Ti系三元準晶中間合金。利用金相顯微鏡，X射線衍射儀，掃描電鏡和能譜等分析手段，研究了Al-Mn-Ti準晶中間合金的顯微組織和相組成的變化，發(fā)現了一種新的花瓣狀Al67Mn13Ti20三元準晶，并對其形成過程進行了初步研究。同時，將Al-Mn-Ti準晶中間合金添加到Al-25[％]Si過共晶鋁硅合金中，觀察了Al-Mn-Ti準晶中間合金對初晶硅形貌的影響。本文的主要研究結果如下：

4、
　　 (1)在Al(86-X)Mn14TiX系列中間合金中，沒有準晶相的形成，也未發(fā)現三元相物質的存在。由于實驗中合金的冷卻速率同急冷凝固有較大差距，未加入Ti時，合金的鑄態(tài)組織由α-Al相和Al6Mn相組成；加入Ti元素后，合金的組織由α-Al相、Al6Mn相和Al3Ti相組成，且隨著Ti含量的增加，α-Al相逐漸減少，Al3Ti相逐漸增多。
　　 (2)在Al(77.5-X)Mn22.5TiX系列準晶中間合金中，未

5、加入Ti時就有十邊形準晶T相的存在，但不能得到全部的準晶，組織中存在部分準晶的近似晶體相(Al4Mn相)。Ti元素的加入，能細化準晶十邊形T相晶粒，并能抑制鑄態(tài)組織中近似晶體相(Al4Mn相)的形成。當Ti元素的加入量大于3.5at.[％]時，在合金中觀察到有花瓣狀組織出現，經過X-ray衍射和EDS分析，確定其為準晶相，成分為Al67Mn13Ti20。且隨著Ti含量的提高，花瓣狀準晶相的數量增加。
　　 (3)對Al67Mn1

6、3Ti20準晶相的形成過程進行分析，結果表明：在凝固時液相中首先形成Mn2Ti相，隨后發(fā)生包晶反應，最終導致了三元Al67Mn13Ti20準晶的形成。三元準晶相形成后使得剩余液相中的Mn含量增加，促進了準晶T相的形成。
　　 (4) Al67Mn13Ti20準晶的形成過程，遵循形核和長大規(guī)律。準晶相的生長界面為粗糙界面，是以連續(xù)生長機制進行生長的。由于實驗采用水冷銅模冷卻，合金的冷卻速率遠大于平衡凝固時，同時溶質原子在生長界面前