鎂對過共晶鋁鐵合金組織形貌的影響1

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

2、13Fe相由未添加細化劑時的粗大板條狀變?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度和塑性。[關(guān)鍵詞]Al-10%Mg中間合金；變質(zhì)細化處理；過共晶鋁鐵合金近年來有色金屬一直以質(zhì)輕、延展性好等特點廣泛應用于各個工業(yè)領(lǐng)域。尤其是鋁合金的應用最為引人注目。鋁具有質(zhì)輕，耐蝕性良好，比強度高，有一定的延展性，外表美觀，加工成型性好，可焊接等優(yōu)點。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，而且各種性能還在很大程度上得到提高。對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

3、多優(yōu)良的性能，如富鐵相具有其獨特的耐熱、耐磨和抗硫化腐蝕優(yōu)點，并且Al-Fe合金保持了鋁合金密度小的特點，這些特點使得Al-Fe合金能適應航天器件對材料性能的要求。此外，Al和Fe是地殼中儲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，價格便宜，若能用鋁鐵合金代替目前在工業(yè)中所應用的鐵合金，將會大大降低生產(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70年代開始，人們就把Al-Fe合金作為單獨的一個合金系進行研究，將其作為一種工程結(jié)構(gòu)材料應用于工業(yè)生產(chǎn)實際中。

4、Al-Fe合金雖然具有許多優(yōu)點，但鐵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，使用過程中會在針狀富鐵相尖端前沿造成應力集中，大大降低鋁合金的強度，嚴重降低合金的力學性能；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縮通道的流動，造成鑄造缺陷。以上兩個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

5、有實用價值的結(jié)構(gòu)材料，必須找到控制和細化鐵相的有效方法，盡可能地減輕或消除鐵相對鋁基體的不良影響。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)榧毿〉膱F球狀或短棒狀,且分布較均勻。本文研究了鎂對過共晶Al-5%Fe合金組織形態(tài)的影響。由于鎂元素化學性質(zhì)較活潑易氧化,燒損嚴重,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1.1試驗材料試驗用Al-Fe二元合金Al-5%Fe(質(zhì)量分數(shù)，

6、%，下同)由Al-10%Fe或Al-15%Fe中間合金，按鑄錠成形后Fe的質(zhì)量分數(shù)為5%加入相應的工業(yè)純鋁配置而成；試驗用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)計算配料后，將鋁錠和Al-15%Fe中間合金同時加入石墨坩堝中，升溫至900℃，上面撒上一層干燥的覆蓋劑。當鋁錠和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，

7、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Al-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、細磨后，再在型號為P-2型、拋

8、盤直徑為200mm金相試樣拋光機上進行粗拋和精拋。拋光后的試樣用濃度為0.5%的HF水溶液腐蝕后，在光顯微鏡下觀察分析試樣的金相組織,檢驗細化效果。2試驗結(jié)果與分析試驗重點研究了Al-10%Mg中間合金不同添加量對過共晶Al-5%Fe合金的組織形態(tài)變化規(guī)律的影響，以及Al-10%Mg中間合金細化的長效性。圖2是Al-10%Mg中間合金加入量對Al-5%Fe合金中初生A13Fe相的影響。未加入Al-1