偏晶合金的制备.docx

Al-Bi-Sn-Si-Cu偏晶合金的制备内容摘要：通过添加形核剂有效的减小了 Al91Pb9合金中第二相Pb液滴尺寸通过薄带 连铸法，控制第二相液滴运动，实现较快的凝固速度，又可以抵消Stokes沉积作用通过 采用各种外加场干预凝固的方法，明显的影响第二项液滴在液相分离及凝固过程的演变关键词：合金化、平板铸造、硬度、微观组织、偏晶合金前言：偏晶合金又称作难混溶合金，具有优异的自润滑、超导、 电化学等性能，极具有应用价值但典型特点是在液态下存在一个不 混溶区间，在Al-Bi二元相图［1］存在一个液相不混溶区两共存液相 匕和匕表现出与“油-水”体系不互溶的类似现象，导致合金凝固后存 在严重的偏析，甚至分层因难于制备，该类合金的研究和应用相对 滞后液相分离产生的第二相的尺寸通常要大于偏晶反应所产生第二 相的尺寸因此，控制合金熔体的液相分离过程，尤其是第二相液滴 在不混溶区间的演变过程一直是难混溶合金的重点难题所以控制铸 造技术等新工艺⑵相液滴在重力作用下的下沉运动根据难混溶合金 液相分离的特点，人们往往更期望以最快的冷却速度跨园过不混溶区 间以减少液相分离对凝固组织的影响，为此快速凝固技术被学者们采 用。

当然，控制第二相液滴在不混溶区间的形核、运动 碰撞、凝并 是直接有效的方法实验方法：通过添加Sn、Cu、Si元素进行复合调整Al-Bi的凝固组织和性能 其中Sn可以降低液相分离温度和温度区间，从而减少Bi相在Al基体相中的偏析，而Cu和Si则起到相反的作用，加剧偏析，但Cu和Si能提高基体硬度和耐磨性实验材料：合金成分Al82Sn15Bi0CU0.8Si2.2Al81.2Sn12.5Bi3.3CU0.8Si2.2Al80.5Sn10Bi6.5Cu0.8Si2.2Al79.9Sn7-5Bi9-6CU0.8Si2.2组号ABCD材料分组所需材料成分（g）合金制备木材成份（g）试样 分组AlSnBiCuSi铝锭Al铝硅 中间 合金铝铜 中间 合金纯锡纯铋A3286003.28.82644432600B324.85013.23.28.8260.844325013.2C32240263.28.825844324026D319.63038.43.28.8255.644323038.4材料配制重量熔炼操作过程：1. 配置涂料，并涂刷坩蜗、扒渣勺、搅拌棒，涂刷后烘干2. 按要求配料；3. 清理模具，并将模具预热到150°C备用。

4. 将坩蜗放入坩蜗炉，将所需纯铝锭放入坩蜗将炉子升温到750C，然后保 温直至铝熔化；5. 铝熔化后加入中间合金并保温，待中间合金全部熔化后适当搅拌；6. 然后加入金属Bi并将炉温升温至840C，当炉温到达840C后，保温10分 钟后搅拌，继续保温60分钟后快速浇注注：熔炼和浇注时切记引入水分，水极易导致铝水爆炸，因此操作前确保工具 干燥并适当预热试样制备过程：1. 切割——试样高度10mm~15mm，用锉刀锉平；2. 打磨——200号砂纸——400号砂纸——600号砂纸——800号砂纸;3. 细磨：W14金相砂纸——W5金相砂纸4. 抛光一一抛光机抛光（要求抛光面如镜面光亮，100倍下观察无明显划 痕）5. 侵蚀一一用下述侵蚀剂按要求时间擦拭试样，侵蚀结束后立即用酒精清洗，然后干燥 侵蚀合格后进行金相观察试样侵蚀剂：（1）Keller's 试剂：1% HF + 1.5% HCl + 2.5% HNO3 + 95% 水侵 蚀时间：10〜20s试样观察过程：试样硬度测试：对试样进行布氏硬度（HBS）测试，显微观察并分别记录200倍 和500倍压痕直径，计算试样的布氏硬度A BC D图:Al-Bi-Sn-Si-Cu 金相组织（200 倍）AC D图:Al-Bi-Sn-Si-Cu 金相组织（500 倍）试样（组别）ABCD硬度值（HBW）34.2536.432.433.3表：Al-Bi-Sn-Si-Cu合金硬度实验结果讨论：由于对于不同成分条件下Al基偏晶合金的凝固过程来看⑶，两 相的凝固点⑵有差别，铸锭的凝固过程将分两步进行：首先是过热熔体通过动态 预冷却减少了一部分过热，使熔体从高温、单一相区进入不混溶区，液相Bi开 始形核，随后不断长大，最终在基体凝固时附着于基体。

过热熔体通过不混溶区 的时间应该尽可能的短，这样才能保证铸锭中的Bi相无法充分长大，后者可导 致严重的比重偏析，熔体预冷却间的设计正是基于这一想法.当合金浇入铸模、 并快速冷却，温高熔点的Al相发生偏晶反应，凝固析出度降至偏晶点时，固态 Al并排出多余的Bi,此时形成的二次富Bi液相被已凝固的基体包围，而不能 充分长大，所以形成许多细小的Bi相颗粒⑷在晶界处由于凝固最后完成，因 此凝固排出的Bi最终在晶界处形成许多细小的Bi粒子在此处相对富集，本实验 中采用的4种不同条件进行浇注时，所获得冷却速度不同程度的抑制第二相Bi 滴的沉淀，故获得了接近均匀的凝固组织结语：硅含量影响高硅铸钢的淬火组织⑹硅含量适中（2.6%左右），可以得到完全 的典型的无碳化物奥一贝组织；硅含量较低时，（如1.85% ）淬火组织为贝氏 体铁素体+残余奥氏体+马氏体；硅含量较高时（3.8%左右），淬火组织中可能出现 铁素体组织在本试验条件下，随着硅含量的增加，高硅铸钢的抗拉强度降低、硬度值几 乎不变化，而冲击韧度先逐渐提高，而后又有所下降合金中Si,Sn和Pb组元在凝固组织中存在的方式各不相同.其中，Si主要 存在于基体中，而Sn和Pb主要存在于Bi相中.参考文献[1] Sharma A， Rajan T V.Wear， 1996； 197:105[2] Prinz B ,Romero A. In: Ratke L ed, Immiscible Liquild Me tals and Organics,DGM-Informationsgesellachaft,Oberursel,Germany,19 96:299[3] McAlister A J .Bull Alloy Phase Diagramams,1984; 15（3）: 247[4] Al-Bi偏晶合金的控制铸造技术探索 张宏闻、冼爱平（中国科学院金属研究所）1999.11[5] 陈祥。

等温淬火高硅铸钢的研究清华大学硕士学位论文1999.[6] 荣守范，姚玉环等.硅及等温淬火工艺对GrMnSi钢力学性能的影响材料科学与工艺， 1993（9）:70〜73。