鎂對(duì)過共晶鋁鐵合金組織形貌的影響1

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1、鎂對(duì)過共晶鋁鐵合金組織形貌的影響王正軍劉蓮香[摘要]針對(duì)普通熔鑄條件下過共晶Al-Fe合金初生富鐵相嚴(yán)重割裂基體、惡化合金性能的問題，采用元素Mg對(duì)過共晶Al-5%Fe合金進(jìn)行變質(zhì)細(xì)化處理，Mg以Al-10%Mg中間合金形式加入。借助光學(xué)顯微鏡等分析了Al-10%Mg中間合金晶粒細(xì)化劑加入量和熔體保溫時(shí)間對(duì)過共晶Al-5%Fe合金微觀組織形貌及性能的影響。試驗(yàn)表明：在過共晶Al-5%Fe合金中加入Al-10%Mg中間合金細(xì)化劑，當(dāng)加入量為1.2%、保溫時(shí)間90min時(shí)，細(xì)化效果較好，Al-5%Fe合金中初生A13Fe相由

2、未添加細(xì)化劑時(shí)的粗大板條狀變?yōu)榛ǘ錉詈皖w粒狀，并且尺寸明顯減小,從而顯著提高材料的強(qiáng)度和塑性。[關(guān)鍵詞]Al-10%Mg中間合金；變質(zhì)細(xì)化處理；過共晶鋁鐵合金近年來有色金屬一直以質(zhì)輕、延展性好等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。尤其是鋁合金的應(yīng)用最為引人注目。鋁具有質(zhì)輕，耐蝕性良好，比強(qiáng)度高，有一定的延展性，外表美觀，加工成型性好，可焊接等優(yōu)點(diǎn)。加入其他合金元素制成鋁合金后，不僅能夠保留純鋁的優(yōu)點(diǎn)，而且各種性能還在很大程度上得到提高。對(duì)于鋁合金家族中的鋁鐵合金，由鐵和鋁形成的金屬間化合物A13Fe具有許多優(yōu)良的性能，如富鐵相具

3、有其獨(dú)特的耐熱、耐磨和抗硫化腐蝕優(yōu)點(diǎn)，并且Al-Fe合金保持了鋁合金密度小的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得Al-Fe合金能適應(yīng)航天器件對(duì)材料性能的要求。此外，Al和Fe是地殼中儲(chǔ)量最為豐富的兩種金屬元素，也是工業(yè)中最常用的原料，來源廣，價(jià)格便宜，若能用鋁鐵合金代替目前在工業(yè)中所應(yīng)用的鐵合金，將會(huì)大大降低生產(chǎn)成本。由于Al-Fe合金有著十分誘人的發(fā)展前景，故受到了國內(nèi)外的高度重視從20世紀(jì)70年代開始，人們就把Al-Fe合金作為單獨(dú)的一個(gè)合金系進(jìn)行研究，將其作為一種工程結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中。Al-Fe合金雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但鐵

4、在鋁中的固溶度很低，一旦超過固溶度極限，便在鑄造鋁合金中與鋁及其它元素化合，形成質(zhì)脆的針狀或板片狀鐵相，一方面，割裂基體，使用過程中會(huì)在針狀富鐵相尖端前沿造成應(yīng)力集中，大大降低鋁合金的強(qiáng)度，嚴(yán)重降低合金的力學(xué)性能；另一方面，粗大的針狀相在凝固早期形成，阻礙了液體金屬在補(bǔ)縮通道的流動(dòng)，造成鑄造缺陷。以上兩個(gè)原因很大程度上限制了該類合金的發(fā)展。改善過共晶Al-Fe合金中富鐵相的大小、形態(tài)及分布，可以充分提高Fe在Al中的優(yōu)良作用。要發(fā)展Al-Fe合金，使Al-Fe合金成為一種具有實(shí)用價(jià)值的結(jié)構(gòu)材料，必須找到控制和細(xì)化鐵相的有

5、效方法，盡可能地減輕或消除鐵相對(duì)鋁基體的不良影響。因此，控制和改善富鐵相的形態(tài)，提高合金的力學(xué)性能是發(fā)展A1-Fe合金的關(guān)鍵。研究表明：微量鎂可使鋁中富鐵雜質(zhì)相由粗大針狀或針片狀變?yōu)榧?xì)小的團(tuán)球狀或短棒狀,且分布較均勻。本文研究了鎂對(duì)過共晶Al-5%Fe合金組織形態(tài)的影響。由于鎂元素化學(xué)性質(zhì)較活潑易氧化,燒損嚴(yán)重,故一般均以中間合金的形式加入，鋁鎂中間合金中以Al-10%Mg中間合金使用的最多。1試驗(yàn)1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)用Al-Fe二元合金Al-5%Fe(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%，下同)由Al-10%Fe或Al-15%Fe中間合金，按鑄

6、錠成形后Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%加入相應(yīng)的工業(yè)純鋁配置而成；試驗(yàn)用Mg為保證成分均勻以及減少燒損率，以Al-10％Mg中間合金形式加入。1.2試驗(yàn)方法1.2.1熔煉過程根據(jù)二元Al-Fe合金平衡相圖（圖1），經(jīng)計(jì)算配料后，將鋁錠和Al-15%Fe中間合金同時(shí)加入石墨坩堝中，升溫至900℃，上面撒上一層干燥的覆蓋劑。當(dāng)鋁錠和Al-15%Fe中間合金全部熔化后，把Al-10%Mg中間合金料放置在石墨制的有孔的鐘罩中，然后一起放入合金液內(nèi)，鐘罩放置在坩堝中部，待前一塊Al-10%Mg中間合金料熔化后，保溫，再加入第二塊，直到所有A

7、l-10%Mg中間合金料全部熔化。將合金液升溫至950℃，靜置保溫20~25min，每8min攪拌一次，最后一次攪拌后進(jìn)行初次扒渣。用爐料總重量的0.3%~0.5%除氣劑、除渣劑精煉合金液，除氣、除渣。5~8min后再進(jìn)行二次扒渣，之后將合金液澆入金屬錠模中，獲得尺寸為30mm×100mm的試棒。1.2.2金相制備過程澆鑄后的鑄錠冷卻后取模，除去表面的飛邊毛刺后從中間鋸開。試樣需打磨倒角處理，經(jīng)金相砂紙粗磨、細(xì)磨后，再在型號(hào)為P-2型、拋盤直徑為200mm金相試樣拋光機(jī)上進(jìn)行粗拋和精拋。拋光后的試樣用濃度為0.5%的HF

8、水溶液腐蝕后，在光顯微鏡下觀察分析試樣的金相組織,檢驗(yàn)細(xì)化效果。2試驗(yàn)結(jié)果與分析試驗(yàn)重點(diǎn)研究了Al-10%Mg中間合金不同添加量對(duì)過共晶Al-5%Fe合金的組織形態(tài)變化規(guī)律的影響，以及Al-10%Mg中間合金細(xì)化的長效性。圖2是Al-10%Mg中間合金加入量對(duì)Al-5%Fe合金中初生A13Fe相的影響。未加入Al-1