脉冲电流对铝硅合金凝固组织及性能的影响

【摘要】脉冲电流凝固细晶技术研究最早始于国外，近些年来在国内也得到了快速的发展。但是，目前对于脉冲电流细晶凝固来说，还缺乏更系统、更全面的、更深入的研究，并且缺乏确切统一的理论和实验依据。本文采用自行研制的脉冲电流输出设备，在亚共晶和过共晶铝硅合金凝固的过程中，施加不同参数的脉冲电流，研究脉冲电流对其组织及性能的影响，并对经脉冲电流处理的试样进行T6热处理，通过进一步的观察测试，对比实验结果，对其作用机制进行一定的探讨，为以后工业生产实践提供一定的理论指导和实验依据。研究发现：(1)随着脉冲峰值电流及脉冲频率的增加，亚共晶铝硅合金的组织，呈现先细化后粗化的变化趋势，而随着脉冲占空比的减小，显微组织不断细化。当脉冲峰值电流为50A，脉冲占空比为10%，脉冲频率为150Hz时，组织的细化效果最佳，共晶Si由原来未经处理的较长、较粗的针片状变为细小的、密集程度高的团絮状，α-Al也细化为均匀分布的等轴晶。(2)经脉冲电流处理的亚共晶铝硅合金试样的力学性能得到了不同程度的改善，试样的显微硬度由常规条件下的80.7Hv，提高到114.38HV，而布氏硬度值提高了25.43%；试样的抗拉强度由原始样的126.48Mpa，提高到了149.02MPa，提高了17.82%。(3)将脉冲电流作用到过共晶铝硅合金的凝固过程中，发现随着脉冲峰值电流的增加，显微组织呈现先细化后粗化的变化规律，而随着脉冲占空比的减小及脉冲频率的增加，组织呈持续细化的趋势。初晶Si由原来较大的不规则多角形块状细化为尺寸较小的圆球状，尺寸由原来的62.30μm减小到20.34μm，且初晶Si的富集现象得到明显改善；共晶Si细化为密集程度较高的团絮状，细化效果明显。当脉冲峰值电流为80A，脉冲占空比为10%，脉冲频率为200Hz时，过共晶铝硅合金的组织细化效果最佳。(4)过共晶铝硅合金经脉冲电流处理后，试样的显微硬度由原来的90.92HV增加到128.33HV，提升幅度明显，布氏硬度也由常规条件下试样的53.78HB，提高到68.21HB，提高了26.81%；同样，试样的拉伸性能也得到了明显的提高，与常规条件下凝固得到的试样相比，提高了20.47%。(5)脉冲电流处理过的铝硅合金试样，再经T6热处理后，试样的显微组织及力学性能均得到了进一步的改善。亚共晶铝硅合金组织中的共晶Si呈现细小的颗粒状，弥散的分布在α-Al基体中；而过共晶铝硅合金组织中共晶Si呈颗粒状的数目有所增加，初晶Si也已呈现圆球状，且均匀分布。细化效果最佳的试样热处理后，亚共晶铝硅合金的显微硬度提高了10.07%，布氏硬度提高了7.34%，抗拉强度提高了4.87%；而过共晶铝硅合金的显微硬度提高了8.53%，布氏硬度提高了6.18%，抗拉强度提高了6.22%。
【作者】栾公峰；
【导师】赵玉谦；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】脉冲电流；铝硅合金；显微组织；力学性能；

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