锰对改善铸造铝合金A356中铁相有害作用影响的研究

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铸造铝硅合金A356是一种广泛应用在汽车、摩托车等工业领域的合金材料。铁是A356合金中最主要的杂质元素,针片状铁相对合金的性能危害性尤为明显。当前为了消除铁相的有害影响,工业上采用了一些除铁净化方法,但是效果并不理想,由于A356合金铁含量较低,铁相尺寸较小,因此通过改变铁相形貌来消除其危害性成为了重要的技术途径。  本文通过添加中和元素锰的方法来改善A356合金中铁相的形态。利用Thermo-calc计算生成A356-xFe-yMn多元相图,揭示合合金凝固顺序规律与合金中金属间铁相化合物的析出机理,为锰改善铁相形貌提供可靠的理论指导;采用XRD、金相显微镜、SEM、EDS等测试手段,较为系统地研究了锰对A356合金试样的铁相形貌的影响,并结合热力学相关理论分析了锰对合金中铁相形貌改善作用机制,探讨了合金中铁相的析出及影响形态的因素。  试验研究发现,随着铁含量的提高,A356合金中针状铁相长度增加;加入锰元素以后,针状铁相长度相对于未加锰时呈现减小的趋势,即锰能够使得β-Fe相长度变短。添加锰元素能够使针片状铁相转变为棒状、块状、汉字状或骨骼状的铁相,铁相总体积增加;随着锰加入量的升高,汉字状铁相含量不断增加,针状铁相数量与尺寸不断减少。过量的锰会增加富铁相总体积与含量,形成粗大的鱼骨状富铁相,对合金的力学性能不利。提高冷却速度与锰的同时作用能使针状铁相产生断裂细化作用。针片状铁相的析出形态与尺寸与铁含量,冷却速度和锰含量有关。  A356合金中常见的铁相主要有:针片状β-Fe相,块状或多角形的π(Al8FeMg3Si6)相。相图分析发现:随着Mn含量的增加,A356合金中α-Al(Mn,Fe)Si相的析出温度逐渐升高,β-Fe相析出温度逐渐降低;提高锰含量能增大α相和共晶硅的开始析出温度线之间的区域,有利于α相的形成。同时分析了α相形成块状或棒状的原因,即较低的结晶温度、凝固时间不充分和锰含量不足所致。通过热力学分析方法证明了A18FeMnSi2相能稳定存在。富铁相的形核与长大是Al、Si、Fe、Mn等元素在所形成的过饱和固溶体中发生沉淀析出的过程,受元素的扩散能力控制和影响。
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