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1、 京 江 学 院JINGJIANG COLLEGE OF JIANG SU UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文 4343铝合金铸轧坯及其热处理工艺研究4343 Aluminum billet casting and heat treatment process学生学号： 3091107016 学生姓名： 专业班级： J成型0901 指导教师姓名： 指导教师职称： 副教授 2013年 6月4343铝合金铸轧坯及其热处理工艺研究 摘要： 4343系Al-Si系合金，该合金有良好的填充性能和钎焊性能。目前，各国通常选用Al一si系合金或Al一si一Mg系合金做为钎剂和钎焊箔的包覆材料。但该系
2、合金的缺点是含有大量的Si元素，在合金中形成的共晶si呈针状或片状，会严重损害合金强度、塑性等力学性能。其加工坯料以铸锭热轧工艺为主，鲜少采用连续铸轧供坯。本文以4343铝合金铸轧坯为研究对象，通过差热分析、金相显微观察、扫描镜及EDS分析，对其铸轧组织和均匀化退火工艺进行了实验研究。分析4343铝合金铸轧组织的特点，并对其退火方案下的样品进行试验分析，优化4343铸轧板坯的退火工艺，满足冷轧成形工艺的要求。主要进行了如下实验：1、对4343铝合金进行差热分析，确定其退火温度界限。2、对4343铝合金铸轧坯同一板面的不同位置取样，通过光学显微镜对其铸轧态组织的形貌、分布对比，确定铸轧板坯的质量
3、对铸轧板料热处理制度及中间退火工艺的影响。3、对板材进行多块取样，在马弗炉中进行不同制度的均匀化退火,以确定合理的均匀化退火工艺。4、通过扫描电镜对不同均匀化退火制度下的样品的化合物分布、形态、大小进行观察，确定在不同退火制度下的化合物对铸轧板料质量和性能的影响。结果表面: 4343铸轧坯在同一板面不同部位，由于冷却强度的差异导致铸轧态组织出现变化，只有通过中间均匀化退火消除板面组织不均产生的影响。进行不同温度均匀化退火表明，480520/3h的均匀化退火能不同程度地减少铸轧坯组织不均的现象，同时化合物分布较为弥散，化合物形貌以片状的、珊瑚状的（Al）+Si（共晶）相化合物为主.最佳均匀化退火
4、制度为520/3h。关键词:4343铝合金 铸轧坯 退火工艺4343 Aluminum billet casting and heat treatment processAbstract 4343 series Al-Si alloy, the alloy has excellent filling properties and brazing properties. Currently, countries usually use Al-si alloy or Al-Mg-Si alloy as a flux and brazing foil cladding material. Howev
5、er, the disadvantage of alloy containing Si in a large number of elements in the alloy to form eutectic si acicular or flake, will seriously damage the alloy strength, ductility and other mechanical properties. Its processing to ingot billet hot rolling process based, rarely used for continuous cast
6、ing billet. In this paper, 4343 aluminum billet casting as the research object, by differential thermal analysis, metallographic microscope, scanning microscopy and EDS analysis of its organization and homogenization casting process was investigated experimentally. Analysis of 4343 aluminum alloy ca
7、sting characteristics of the organization, and its annealed samples tested under the program analysis, optimization 4343 casting slab annealing, cold forming process to meet the requirements.Main experiment were as follows: 1. 4343 aluminum alloy for differential thermal analysis to determine the up
8、per limit of the annealing temperature.2. The different location of sampling of 4343 aluminum alloy casting billet with a surface morphology, optical microscope, by comparing the casting microstructure on its distribution, to determine the effect of continuous casting slab quality of casting and rol
9、ling plate material heat treatment system and intermediate annealing process.3. For a plurality of sampling on sheet, homogenizing annealing system were different in the muffle furnace, to determine a reasonable homogenizing annealing process.4. by scanning electron microscopy of different homogeniz
10、ing annealing system sample compounds, morphology, size distribution were observed, to determine the influence of compound in different annealing system on casting quality and properties of rolled sheet.The results showed that: 4343 casting billet in different parts of the same surface, because of t
11、he difference of cooling intensity leads to casting microstructure change, only through the middle of homogenizing annealing to eliminate the influence of uneven surface tissue produced. Different temperature homogenization annealing shows, homogenizing annealing of 480 520 /3h can evidently reduce
12、casting organization rolled billet inequality, while compound distribution is more dispersed, compound morphology to flake, coral alpha (Al) +Si (eutectic) compound. The optimum homogenizing annealing system is 520 / 3h.Key words：4343 aluminum alloy casting billet rolling annealing process目 录引言6第一章
13、绪论61.1铝及铝合金的分类71.1.1铝的基本性质71.1.2铝硅合金的成分、组织、性能71.1.3铝合金的应用91.2铝合金铸轧工艺 101.2.1铝合金铸轧工艺的特点101.2.2铝合金铸轧研究现状111.3铝合金的热处理及工艺111.3.1热处理目的111.3.2退火处理121.3.3固溶处理121.3.4时效处理12 1.4铝硅合金的变质工艺的研究13 1.4.1钠（Na）变质14 1.4.2锶（Sr）变质14 1.4.3锑（Sb）变质15 1.4.4稀土变质15 1.4.5复合变质16 1.4.6快速冷却变质16 1.4.7其他变质方法171.5本论文的主要研究内容及研究意义17第
14、二章 实验内容 182.1实验材料的制备182.2差热分析DSC 182.3实验方案192.4金相实验192.5扫描电镜及能谱分析19第三章 实验结果及分析203.1腐蚀前铸轧坯金相组织形貌观察203.2腐蚀后铸轧坯金相组织形貌观察213.2.1均匀化退火前铸轧坯组织 223.2.2均匀化退火后组织观察 233.3扫描电镜下析出物具体形貌分析263.4铸轧坯退火制度对铸轧工艺的影响273.5铸轧坯退火前后组织形貌对轧制性能的影响27第四章 结论29致谢30参考文献31引 言随着汽车行业的飞速发展，轿车及运输车等对空调装置也提出了越来越高的要求。空调装置已从独立的散热器与制冷装置，演变成现在能够
15、选择内、外气并能调节湿度的一体式装置。热交换器是汽车空调系统的重要部件，主要包括暖气装置的散热器和冷凝装置的冷凝器和蒸发器。铝合金具有较高的机械强度和抗腐蚀性能，在冷凝器的制造行业中，铝制冷凝器正在逐步取代原有的不锈钢和铜制冷凝器 。这种冷凝器广泛应用于汽车及运输车等发动机水冷以及中型空调的冷却，是保证正常工作的关键部件之一，因此焊接质量尤其重要 。复合铝合金材料因其独特的优点逐渐应用到冷凝器的制造中，这又对其焊接提出了新的要求，本文就是来研究汽车冷凝装置上的热交换器钎焊层中广泛应用的4343铝合金。做为一个包覆层要具有低熔点，凝固范围窄，流动性好，优良的耐蚀性等优点，还要有利于焊缝凝固时的补
16、缩和减少裂纹等。第一章：绪论1.1 铝及铝合金的分类 纯铝具有优良的导电、导热、抗腐蚀性能好，尤其是铝合金密度小、力学性能好，因此广泛的应用于交通、机械、化工、建筑等行业。合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。图1 铝及铝合金分类一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能
17、。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有简单铝硅合金（不能热处理强化，力学性能较低，铸造性能好），特殊铝硅合金（可热处理强化，力学性能较高，铸造性能良好）。1.1.1铝的基本性质铝的化学符号为A1,原子序数13,原子量26.981539,属周期系IIIA族。在地壳中的含量为8%,仅次于氧和硅。它广泛分布于岩石、泥土和动、植物体内。岩石中的铝主要以硅酸的形式存在。铝为银白色的轻金属,熔点660.37C,沸点2467C,相对密度2.702。铝为面心立方结构【1】。纯铝较软,其强度依赖于它的纯度。铝具有良好的延展性。硅、铜、铁、锌、锡、镁、锰等
18、金属易溶于熔融铝中形成相应的合金；氢是能溶于铝中的唯一气体,其溶解度随温度升高而增大,但在金属凝结时接近于零。铝具有良好的导电性和导热性。纯铝的电导率是退火铜的64%。温度在50k以下时电阻率小于极纯的铜和银,在1.2K以下可变为超导体。1.1.2 铝硅合金的成分、组织、性能铝硅二元合金具有简单的共晶型相图,共晶成分在Si12.6%,亚共晶成分在Si1.65%,共晶成分为（Al）和（Si)两种相，亚共晶合金组织由（Al）+共晶体（+），过共晶体由（Si)+共晶体（+）。由于结晶硅带入微量磷使亚共晶合金中出现初晶硅，并使共晶硅形成粗大的斑片状。由Al-Si二元相图，含Si16%-18%处有流动峰
19、值。 图2 铝硅合金相图共晶型Al-Si二元合金铸造性能优良，但力学性能不高，故只能用于压铸、挤压铸造等高速冷却的铸造方法；对于低速冷却的铸造方法必须进行变质处理，细化共晶硅，以获得足够的力学性能。铝与共晶硅的切削性能不好，除了进行变质处理，细化共晶硅、初晶硅，还可加入铋、铅等易切削元素。对于砂型铸造，石膏型铸造等冷却速度慢的铸造方法，必须进行变质处理，细化共晶硅，以获得足够的力学性能。细化共晶硅的变质处理不能同时细化初晶硅，对于有大量初晶硅的过共晶合金，必须采用加磷细化初晶硅，提高力学性能。 铝的塑性大，切削时需消耗很大的功，随硅量增加，共晶体增多，切削功可减小，但共晶硅硬度高，易磨损刀具，
20、尤其是有粗大初晶硅的过共晶合金，刀具磨损更严重，被加工的表面很毛糙。为改善切削加工性能，除进行相应的变质处理，细化共晶硅、初晶硅外，可加入铋、铅等易切削元素;对过共晶合金可采用镶嵌钻石刀具，选择最佳切削速度和合适的切削液等，也能获得光洁的加工表面。 综上所述，为了兼顾合金的各种服役性能和工艺性能，铝硅类合金的含硅量一般为7%-12%。1.1.3铝合金的应用铝合金仍然保持了质轻的特点,但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面:一是作为受力构件;二是作为门、窗、管、盖、壳等材料;三是作为装饰和绝热材料。利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点,制成各种装饰品。铝合金板材、型材表面可以进
21、行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工,制成各种装饰板材、型材,作为装饰材料。铝合金具有密度小,导热性好,易于成形,价格低廉等特点,已广泛应用与航空航天、交通运输、轻工建材等部门,是轻金属中应用最广、用量最多的合金。随着电力工业的发展和冶炼技术的突破,其性价比大为提高,目前交通运输业已成为铝合金材料的第一大用户。随着交通运输业现代化进程的加快,铝及铝合金材料在交通运输航空航天和汽车三大领域的应用将日益增加。铝合金是亚音速飞机的主要用材,目前民用飞机结构上的用量为70%-80%,其中仅铝合金柳丁一项,每架飞机就有40-150万个;据波音飞机公司的统计,制造各类民用飞机31.6万架,共用招材7100千
22、吨,平均每架用铝2吨。铝制零部件在先进军用飞机中的比例虽低一些,但仍占其自身总质量的40%-60%。据预测,2010年全球航空航天铝材的消费量可达60万吨,年平均增长率为4.5%。汽车用铝合金材料的3/4为铸造铝合金,主要是发动机部件,传动系部件和地盘行走系零部件。变形铝合金主要用于热交换器系统,车身系部件。预计10年内95%的气虹盖和50%的轿车发动机汽缸将用铝合金制造,轻型货车目标分别达到60%和25%水平。铝基复合材料在某些范围内代替铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料,用于汽车关键零件,特别是高速运动的零件,对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等方面具有非常积极的
23、作用,在汽车领域有着良好的应用前景【2】。1.2铝合金的铸轧工艺连续铸轧将铝带材成形工艺中的铸造和轧制合二为一，很大程度上缩短了生产流程和生产周期，已经成为铝加工生产带坯的主要方式之一。铸轧过程中金属从熔融状态经两个相向旋转并通有内部循环冷却水的轧辊在3595mm的铸轧区内，0.11.0s左右的时间里面强制冷却而凝固结晶，最后被轧制成形。 图3 铸轧生产工艺流程图 1-除气系统；2-过滤系统；3-液面控制系统；4-铸嘴； 5-铸轧机；6-喷涂系统；7-剪切机；8-板卷； 图4 铸轧示意图1.2.1铝合金的铸轧特点铝合金铸轧工艺是把熔融金属通过铸嘴浇入铸轧辊之间,在辊缝中完成浇铸、冷却、结晶、凝
24、固、轧制和出坯这一系列的工艺过程【3】。该技术的特点是金属凝固和轧制变形同时进行,液态金属在结晶凝固时同时承受压力加工和塑性变形,在很短时间内完成从液态金属到固态薄带的全部过程【4】。相对于传统的生产工艺,双棍铸轧具有下列优点:（1）简化了生产工序,减少了废料重溶,节省大量能源,成材率高；（2）设备简单集中,投资少,占地面积小,建造速度快,生产成本低；（3）可连续稳定地进行生产,简化了生产工艺,缩短了生产周期,生产效率大大提高,且便于实现自动化；（4）液态金属在双辊铸轧过程中实现了快速凝固,促进了亚稳相的形成,扩大固溶度,细化了组织,从而大大改善了材料性能；（5）此外,利用薄带铸轧技术的快速凝
25、固特点,还可以生产出传统工艺难以礼制的材料以及具有特殊性能的新材料。1.2.2铝合金的铸轧研究现状铝合金铸轧技术工艺方案因结晶器的不同而分为辊式、带式与辊带式等,其中研究最多、进展最快、最具发展前途的当属双辊薄带铸轧技术【4】。早在1846年,英国人亨利贝塞麦(Henry Bessemer)首次提出了从旋转着的两个轧辊上方辊缝注入金属溶体生产铸坯的设想,它是铸造、凝固和轧制过程同时在一台轧机上一次完成的无锭轧制模型,但经过多年的努力都未获成功。从那时起,双辊铸轧金属的工业化生产一直是各国金属工作者梦寐以求的目标【5】。二十世纪50年代美国亨特道格拉斯(Hunter Douglas)公司和法国彼
26、涅公司最先研制出双辊式铸轧机,并首次成功的铸轧了铝带坯,到1990年世界上约有20%的铝轧制产品的坯料是由铸轧法生产出来的,如今双辊式铸轧已经成为生产薄铝板的主要方法之一【6-9】。自从1956年美国哈兹利特(Hazelett)公司双辊带式连续铸造机成功地生产出了可连续进行热轧的厚带坯后,有许多的学者将目光投向了钢材、铝镁轻合金的双辊铸轧生产当中,以便用更快的速度生产更高质量的薄带,目前,己经能运用该技术在实验室或工厂中铸轧厚l-3mm的不绣钢、硅钢、高速钢薄带【3】。1.3 铝合金的热处理及工艺1.3.1热处理目的：热处理的目的大致有以下几个方面： （1）充分提高铸件的机械性能，保证一定的塑
27、性，提高合金抗拉强度和硬度，改善合金的切削加工性能等； （2）消除由于铸件壁厚不均匀、快速冷却等所造成的内应力； （3）稳定铸件的尺寸和组织，防止和消除因高温引起相变产生体积胀大现象； （4）消除偏析和针状组织，改善合金的组织和机械性能。1.3.2退火处理退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。（1）铸锭均匀化退火：在高温下长期保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，提高挤压速度15%左右
28、，同时使材料表面处理质量提高。 （2）中间退火：又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的塑性，消除材料内部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。 （3）完全退火：又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度。1.3.3固溶处理固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此时材料塑性较高，
29、可进行冷加工或矫直工序。 （1）在线淬火：对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固溶，然后用空冷（T5）或用水雾冷却（T6）进行淬火以获得一定的组织和性能。 （2）离线淬火：对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。1.3.4时效处理时效：经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的过饱和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在（Al）铝晶粒周边，从而产生强化作用称
30、之为析出（沉淀）强化。自然时效：有的合金（如2024等）可在室温下产生析出强化作用，叫做自然时效。人工时效：有些合金（如7075等）在室温下析出了强化不明显，而在较高温度下的析出强化效果明显，称为人工时效。人工时效可分为欠时效和过时效。 （1）欠时效：为了获得某种性能，控制较低的时效温度和保持较短的时效时间。 （2）过时效：为了获得某些特殊性能和较好的综合性能，在较高的温度下或保温较长的时间状态下进行的时效。 （3）多级时效：为了获得某些特殊性能和良好的综合性能，将时效过程分为几个阶段进行。可分为二阶段、三阶段时效。1.4铝硅合金的变质工艺的研究铝硅合金是典型的不规则共晶,未变质共晶硅形貌为粗
31、大的片状或针状,而且较脆,受力过程中容易割裂基体降低合金的强度尤其是延伸率。为了获得较好的综合性能,铝硅合金通常要进行变质处理,改善共晶硅的形貌,铝硅合金的变质过程就是共晶硅由大的片层状向多分支的纤维状或细化的层片状转变,使共晶硅更均匀的分布在软韧相的 (Al)基体中。亚共晶铝硅合金变质主要通过三种方式获得,一是化学变质,通过添加适量变质剂影响共晶硅的形核和长大过程；二是合金熔体的快冷,提高共晶硅的长大速度；最后是超声处理和过热处理等其他方法【10】。由于操作简单、成本较低等优点,工业中应用最广泛的是化学变质方法【11】,迄今已发现的变质元素有碱金属中的K,Na,碱土金属中的Ca、Sr、Ba,
32、稀土元素Eu、La、Ce、RE(混合稀土),氮族元素Sb、Bi、氧族元素S、Te 等。其中最常用的有Na、Sr、Sb三种元素,而 Na和Sr 变质合金可以获得均匀的纤维状共晶硅,Sb变质合金则得到片层状共晶硅,典型组织如图5所示。 图5 变质亚共晶合金共晶硅形貌对比1.4.1钠(Na)变质自从1920 年 Pacz【12】发现Na及Na盐可以变质共晶硅后,铝硅合金的性能有很大提高,铝硅合金已经发展成为最主要的结构材料之一。关于Na的变质研究者先后提出了诸多理论加以解释，现在 Na 盐变质共晶硅相主要遵循孪晶凹槽机制(Twin plane reentrant edges, TPRE 机制),Na
33、 盐的变质作用主要体现在不断地封锁孪晶凹槽,促使硅相改变生长方向,结果导致硅相的细化、分枝和形态趋于球化。Na 的变质能力最强,应用最早也最广泛。加入较小的量(0.0050.01wt.%),即可把共晶硅相从片状或针状变质成为完全均匀的纤维状,工艺成熟,变质效果受其他条件影响小,没有变质孕育期,对铸件冷却速度不敏感,使用方便。但是 Na 由于挥发烧损而使得变质时间短易衰退,重熔后变质效果较差；Na 的吸收率低,加入量难以控制,添加过程中产生烟雾污染环境；Na 变质容易增加熔体吸气倾向合金组织气孔数量增多,同时易腐蚀工具和设备等缺点；另外,Na 含量超过 0.02wt.%就会产生过变质现象,导致合
34、金力学性能大幅下降。1.4.2 锶(Sr)变质Sr具有与Na相似的变质作用,可以变质共晶硅为纤维状，Sr又是一种长效变质剂,变质孕育期为 3040min,变质有效期长达 57h,可以反复重熔。另外,Sr 变质通常以 Al-10Sr 中间合金的形式加入,其熔化范围在 654770e之间,易于被铝液吸收,回收率可达 70%80%,加入量容易控制。同时Sr变质过程中不产生有害气体,不腐蚀设备,所以现在已经逐渐取代 Na,是目前应用广泛的变质剂【12】。但用 Sr 作变质剂时不宜采用氯气或氯盐进行精炼处理,Sr 容易烧损,降低Sr的变质效果,最好采用通氩气、氮气或真空除气的方法精炼【13】。Sr 变质
35、合金熔体吸气倾向增加,显著提高铸件的针孔度,降低合金的密度,气孔和氧化夹杂等缺陷严重【14】,经过熔体处理后仍有 Al2SrO3 夹杂【15】,变质效果降低。另外,Sr 的价格相对较高,变质效果对铸件冷却速度也很敏感。Liao 等【16】分析了变质剂Sr和变质剂B的相互影响,随Sr含量提高合金细化效果降低,同时容易形成SrB 化合物,超过一定量后降低了细化变质效果。Nogita 等【17】在 Al-10wt.%Si 合金中也得到类似的结果,随B含量增加Sr的有效含量降低,降低共晶硅变质效果。1.4.3 锑(Sb)变质Sb对亚共晶铝硅合金的变质作用已经得到证实,尤其是变质的长效性、低气孔率进一步
36、增加了Sb变质的使用价值【18】。Sb 对共晶硅有变质作用,具有长效性,但只适合于亚共晶铝硅合金,而且其对金属型和砂型壁厚不大的铸件都有较好的变质效果,但对缓冷的厚壁砂型铸件变质效果不明显。 Sb变质只能细化共晶硅,其形貌仍为针状或层片状,其变质效果不如Na和 Sr【19】。李会玲【20】研究了Sb在铸造Al-Si合金中的行为,加入适量的 Sb 元素,可以获得典型的 (Al)枝晶组织和点状的共晶硅颗粒。Sb变质受冷却速度的影响较大,所以使用上受到一定限制,但是Sb变质效果基本不受熔体保温时间、重熔的影响,也不增大铝液的吸气与氧化夹杂倾向。1.4.4稀土变质国内外大量研究表明,稀土可以细化或变质
37、铝硅合金中粗大片层状共晶硅,从而改善合金的性能，而且稀土的变质作用具有相对长效性和重熔稳定性,其变质效果可维持 57 小时【21】。张启运【22】等对单一稀土变质共晶硅进行了系统的研究(图6),发现 Eu 具有最强的变质能力,La 次之,Ce、Pr、Nd 和混合稀土的变质能力略低于 La,而Er和Y的变质能力很弱,同时预测Yb具有与Eu类似的变质能力。 图6 稀土变质共晶硅形貌 （a）0wt.%,(b) La,(c) Ce,(d) Pr,(e)Sm,(f)Eu,(g)Gd,(h)Y此外,稀土在铝合金中还可以起到除渣除气作用,尤其是对合金熔体中的氢含量有强烈的出其作用【23】,使铸造铝合金的工艺
38、性能得到很大的改善,特别适合于再生铸造铝合金的生产过程【24】。但是稀土变质的效果不如Sr和Na,难以获得较好的变质效果【25】,共晶硅为细化的片层状,与Sb变质类似。1.4.5复合变质Na、Sr、Sb或稀土都可以对共晶硅产生细化或变质作用,但是单一变质也都具有一些本身的局限性,这样就使得单一变质总难以达到最佳的综合效果。因此,为了克服单一变质剂自身的缺点,同时又能充分发挥各自优点,即探索合金熔体的复合变质处理方法,成为了铝合金研究领域的一个重要方向。欧阳志英【26】系统研究了复合变质对过共晶和亚共晶铝硅合金的变质作用,结果表明稀土的添加可以强化 P、Sr 和Sb的变质效果,复合变质可以进一步
39、提高初生硅的细化和共晶硅的变质。但也有人认为混合稀土的加入在某种程度上消弱了Sr的变质作用【27】。Lu 等【28】发现 Na+Sr的复合变质并没有进一步提高共晶硅的变质效果,与单一Na或Sr变质相比,复合变质后共晶硅尺寸有所增加,主要原因是复合添加后产生Na和Sr化合物,降低了变质效果。1.4.6 快速冷却变质快速冷却通过提高合金熔体凝固的冷却速率使液态金属获得较大的过冷度,增加形核速率细化共晶硅【29】。T. Hosch【30】等研究了生长速度对共晶形貌的影响,如图 7所示,结果表明共晶硅在较大生长速度下可以由粗大片层状转变为纤维状。 图7 不同生长速度时的共晶硅形貌未变质共晶硅为典型的粗
40、大片层状或针状,最初共晶硅被认为是孤立的,但是随着研究的深入发现共晶硅具有三维的立体片层结构,快淬变质后共晶硅向纤维状转变【21】。该方法可达到很好的细化效果,甚至达到微晶或纳米晶,但生产试件尺寸小,控制困难,晶粒内应力较大。快冷变质共晶硅呈细化的纤维状,但是与化学变质不同,快冷变质共晶硅没有高密度的孪晶。1.4.7其他变质方法亚共晶铝硅合金的变质处理还包括电磁搅拌【31】、超声处理【32】、机械振动和过热处理等。其中机械振动和超声处理属于动力学方法,该方法需要特殊设备,同时共晶硅只产生细化,不能产生明显的变质效果。电磁搅拌通过对Al-Si 合金熔体施加一个电场,使熔体中不同组分的原子集团产生
41、不同程度的迁移,由迁移而产生的摩擦力以及电场对原子集团周围电子云屏蔽作用削减,可使熔体中的原子集团减小,从而提高了凝固过冷度,增大形核率。过热处理可以消除合金熔体中的潜在异质形核质点或Si-Si原子团簇,抑制了共晶硅的形核,细化共晶硅。1.5本论文的主要研究内容及研究意义本文以4343铝合金为研究对象，通过对铸轧坯的均匀化退火工艺研究，观察其显微组织的形状及析出物分布情况的变化，通过对比分析以确定合适的退火温度；，分析不同的退火温度对铸轧坯料组织性能的影响。从而判断并总结出合理退火工艺，以得到最优化的生产工艺。主要研究内容：（1） 对5块相同材料不同部位铸轧坯料进行3种温度的退火实验，进行金相
42、实验，观察其显微组织。（2） 对4343铸轧坯料的铸轧工艺研究，和热处理退火研究，从而得出改善组织中巨大析出物和初晶硅聚集等问题的解决方法。（3） 通过扫描电镜的观察分析对比，得出最好的应对铸轧坯料组织性能缺陷的方法。第二章：实验内容2.1实验材料的制备 本实验材料采用某铝加工厂生产的厚度为7.4mm铝合金铸轧板坯样品。其化学成分见表1。将其横向截取，分成5块，分别编号1，2，3，4，5，代表边1，肋2，中3，肋4.边5。在5块样上分别取4小块，每块大小平均为20mm X 10mm X 7.4mm。分别编号1-1、1-2、1-3、1-4，2-1、2-2、2-3、2-4，3-1、3-2、3-3、
43、3-4，4-1、4-2、4-3、4-4，5-1、5-2、5-3、5-4。取其中1-1、2-1、3-1、4-1、5-1为对照样品，其余20个样品进行退火实验处理。取相同材料的铝合金铸轧板坯冷轧至5.5mm板材2块，每块上取2个样品，分别进行平行轧制方向和垂直轧制方向的面进行处理制样。 表1 4343铝合金的化学成分（质量百分数）元素CuMnFeSiZnTiAl含量0.0300.050.85.50.100.20余量 2.2差热分析DSC通过差热分析仪来确定4343铝合金的熔点，用来制定合理的均匀化退火制度。差热分析仪原理：将待测试样和参比物（热惰性物质）置于同一条件的炉体中，按给定程序等速升温或降温，当加热试样在不同温度下产生物理、化学性质的变化（如相变，结晶构造转变，结晶作用，沸腾，升华，气化，熔融，脱水，分解，氧化，还原及其他反应）时，伴随吸热或放热，试样自身的温度低于或高于参比物质的温度，即两者之间产生温差。温差的大小（反应前和反应后
