壓鑄高硅鋁合金開(kāi)發(fā)研究

邊秀房山東大學(xué)材料液態(tài)結(jié)構(gòu)及其遺傳性教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室報(bào)告內(nèi)容

一.壓鑄工藝條件下鋁合金凝固特點(diǎn)

三.壓鑄鋁合金變質(zhì)處理研究現(xiàn)狀四.高硅鋁合金的組織細(xì)化

五.結(jié)論二、高硅鋁合金在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀一.壓鑄工藝條件下鋁合金凝固特點(diǎn)快速凝固合金液在10-2s內(nèi)就能完成凝固高的冷卻速度減小一次和二次枝晶間距，從而細(xì)化樹(shù)枝晶壓力鑄造特性高速充填:填充初始速度0.5~75m/s之間.充填時(shí)間很短:通常為0.01~0.2s之間.高壓充填:常用壓力30~100MPa（有時(shí)達(dá)200MPa）熔液的冷卻速度快過(guò)冷度增加壓力下凝固合金結(jié)晶核心數(shù)目增多顯著細(xì)化組織中的共晶體和初晶相二、高硅鋁合金在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外牌號(hào)主要有：美國(guó)的390.0、B390.0、392.0合金、德國(guó)的KS281合金等。1.國(guó)內(nèi)外主要牌號(hào)

國(guó)內(nèi)牌號(hào)主要有：

中國(guó)的YL117。

高硅合金主要指過(guò)共晶鋁硅合金國(guó)外過(guò)共晶鋁硅合金主要合金牌號(hào)

2007年全國(guó)壓鑄件總產(chǎn)量120萬(wàn)噸，其中鋁壓鑄件100萬(wàn)噸。我國(guó)的壓鑄業(yè)發(fā)展迅速，至今仍保持著年增長(zhǎng)8%-12%的勢(shì)頭。

2000年-2004年鋁、鎂合金鑄件的產(chǎn)量（噸）年份工藝方法2000年2001年2002年2003年2004年比上年增(%)各類工藝占總量%鋁合金壓鑄件327,500386,650438,970505,420--43.1鎂合金壓鑄件4,1244,4704,9505,860--0.5其他工藝鋁鑄件467,572487,167535,370660,513--56.4鋁、鎂鑄件總產(chǎn)量799,196878,287979,2901,171,7931,699,099+45100國(guó)內(nèi)部分骨干企業(yè)鋁合金壓鑄序號(hào)企業(yè)名稱鋁鑄件產(chǎn)量（噸）主要產(chǎn)品主要工藝方法2003年2004年2005年1一汽鑄造有限公司30902902

汽車鑄件壓鑄2東風(fēng)汽車公司662572007000汽車鑄件壓鑄3上海皮爾博格有色零部件有限公司988812315

汽車鑄件重力、壓鑄、擠壓4上海乾通汽車附件有限公司427347225417汽車、其他壓鑄國(guó)外壓鑄鋁合金行業(yè)

2006年第12期的《ModernCasting》公布了第40屆全球鑄件產(chǎn)量年度統(tǒng)計(jì)報(bào)告。統(tǒng)計(jì)報(bào)告由36個(gè)國(guó)家和地區(qū)所提供的鑄件產(chǎn)量數(shù)據(jù)組成，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，全球鑄件產(chǎn)量在2005年持續(xù)增長(zhǎng)，鑄件產(chǎn)量達(dá)85741078噸，增長(zhǎng)率為7.5%。在最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，排在鑄件產(chǎn)量前十位的國(guó)家中有九個(gè)國(guó)家的鑄件產(chǎn)量比2004年有所增加。全球主要鑄件生產(chǎn)國(guó)和地區(qū)2005年的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表一。北美壓鑄協(xié)會(huì)主席DanielTwarog

先生撰文，對(duì)美國(guó)壓鑄產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。汽車制造方面——在北美出貨的鋁壓鑄件中77%以上用于汽車。世界上67%的有色鑄件生產(chǎn)應(yīng)用在汽車工業(yè)。全球汽車產(chǎn)量預(yù)計(jì)在未來(lái)三年中每年增加2.3%。通過(guò)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)可以看出汽車產(chǎn)量從2002中的5720萬(wàn)輛增加到2015中的7620萬(wàn)輛。全世界汽車產(chǎn)量的巨大增長(zhǎng)，汽車用鋁鑄件地需求量也將有較大幅度的增長(zhǎng)，2006年的每輛車平均鋁鑄件消耗為280鎊，到2009年這個(gè)數(shù)字將超過(guò)330鎊，將有超過(guò)75%的鋁鑄件用于汽車，其中75%以上是壓鑄件。2.國(guó)內(nèi)外主要應(yīng)用具有優(yōu)良突出特點(diǎn)而被應(yīng)用比重小高溫強(qiáng)度好耐磨耐蝕熱膨脹系數(shù)小空調(diào)壓縮機(jī)及其變速器閥1德國(guó)德?tīng)柛９砩瓱峁は到y(tǒng)公司與卡斯鋁公司應(yīng)用DHT一3高硅合金在空調(diào)壓縮機(jī)、變速器閥等零部件同期凱迪拉克在它的YpsilqntiMI．工廠里試驗(yàn)用該合金制造變速器閥

2活塞曲軸德國(guó)德?tīng)柛９砩瓱峁は到y(tǒng)公司與卡斯鋁公司開(kāi)發(fā)出DHT一3過(guò)共晶鋁硅合金制造活塞、曲軸等

活塞、曲軸

3汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及其缸套汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸套德、英、美、日等技術(shù)強(qiáng)國(guó)率先開(kāi)發(fā)高硅鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸套材料，成功的在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、賽車發(fā)動(dòng)機(jī)以及民用動(dòng)力機(jī)械上商業(yè)應(yīng)用，開(kāi)發(fā)成功高功率密度“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”缸體4汽車空調(diào)壓縮機(jī)的雙向斜板

雙向斜板是壓縮機(jī)中驅(qū)動(dòng)活塞往返實(shí)現(xiàn)致冷壓縮的一個(gè)核心零件，它利用高速旋轉(zhuǎn)時(shí)斜面各點(diǎn)產(chǎn)生的周期性的軸向往返來(lái)實(shí)現(xiàn)徑向分布的各活塞往返，達(dá)到壓縮致冷氣體的目的。其斜面必須具備很好的耐磨性能和減磨性,高硅合金的突出特點(diǎn)是其成為雙向斜板的優(yōu)良選材。5電子封裝材料

封裝是指支撐和保護(hù)半導(dǎo)體芯片和電子電路的基片、底板、外殼。同時(shí)還起著輔助散失電路工作中產(chǎn)生的熱量的作用新型Al-Si電子封裝材料因其質(zhì)量輕(<3×103kg／m3)，熱導(dǎo)率優(yōu)良與GaAs膨脹系數(shù)基本匹配，無(wú)環(huán)境污染，成本低廉等特點(diǎn)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)

3.存在的主要問(wèn)題1.

初晶硅組織粗大，易形成裂紋源，影響合金的性能，塑性差。2.粗大的初晶硅組織，屬于壓鑄件中的硬質(zhì)點(diǎn)，機(jī)加工困難，對(duì)于機(jī)加工刀具有很高的要求，表面易出現(xiàn)毛刺等。3.耐磨性能不良，在過(guò)共晶合金組織中易產(chǎn)生粗大塊狀相，分布不均勻，材料易磨損。思考b.變質(zhì)處理是細(xì)化鋁合金晶粒和組織一種有效途徑；如何解決粗大初晶硅相的尺寸問(wèn)題？a.壓鑄工藝條件可以細(xì)化粗大的初晶硅相；在壓鑄工藝條件下，對(duì)鋁合金進(jìn)行變質(zhì)處理需要采用什么變質(zhì)劑才能解決這類問(wèn)題呢

1.授權(quán)發(fā)明專利：

P-Al-Cu中間合金及其制備方法(ZL01107704.2)2.申請(qǐng)專利：Al-Si-P中間合金的制備方法,申請(qǐng)?zhí)枺?00510044827.3

●Al-P系列中間合金

Tm=524℃、P可控、無(wú)污染、降鋁耗、簡(jiǎn)便（a）Φ10mm桿狀（b）錠狀(a)(b)采用Al-P中間合金加磷鹽

社會(huì)生態(tài)效益解決了變質(zhì)處理過(guò)程中的環(huán)境污染問(wèn)題。(a)變質(zhì)處理前(b)加0.6%Al-P中間合金變質(zhì)處理后

Al-24Si合金變質(zhì)處理前后金相組織對(duì)比

30μm60μm30μm

(a)未處理(b)加0.6%Al-P中間合金處理后

ZL109活塞合金變質(zhì)處理前后金相組織對(duì)比

30μm三.壓鑄鋁硅合金變質(zhì)處理研究現(xiàn)狀

Sr壓鑄鋁合金鍶變質(zhì)作用探討特種鑄造及有色合金2000/s1:19~22

G-AlSi7MgGD-AlSi12壓鑄鋁合金7.5mm2.5mm快速凝固不變質(zhì)加鍶變質(zhì)組織相同

只有對(duì)厚壁壓鑄件采用變質(zhì)處理才能得到較細(xì)的共晶Al-Si組織。

在快速凝固條件下，不推薦以鍶變質(zhì)處理，需要根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特征和

特定需要加以區(qū)別。AlPAlP壓鑄鋁合金中P變質(zhì)劑的作用新發(fā)現(xiàn)

研究了含P變質(zhì)劑在壓鑄鋁合金中的作用發(fā)現(xiàn)：對(duì)于壓鑄高硅鋁合金而言，P元素對(duì)過(guò)共晶鋁硅合金中的初晶硅相有很好的細(xì)化作用。當(dāng)壓鑄件壁厚達(dá)到1mm時(shí)，含P變質(zhì)劑具有明顯細(xì)化合金組織的作用三.高硅鋁合金的組織細(xì)化

P變質(zhì)處理對(duì)壓鑄鋁合金組織細(xì)化的必要性利用高倍金相顯微鏡觀察壓鑄鋁合金在P變質(zhì)與未變質(zhì)兩種情況下，不同壁厚鑄件的金相組織，研究P變質(zhì)處理對(duì)組織的影響。Al-15wtSi未變質(zhì)處理Al-P中間合金變質(zhì)處理上海力勁DCC280不同壁厚的壓鑄件No.1No.2山大呂美熔體技術(shù)有限公司濟(jì)南華能氣動(dòng)元器件公司

10mm壁厚壓鑄件金相組織microstructureofdiecastingwith10mmwallthicknessa.AlloyNo.1unmodified

b.AlloyNo.2modifiedbyal-pmasteralloy

4mm壁厚壓鑄件金相組織microstructureofdiecastingwith4mmwallthicknessc.AlloyNo.1unmodified

d.AlloyNo.2modifiedbyAl-pmasteralloy1mm壁厚壓鑄件金相組織microstructureofdiecastingwith1mmwallthicknesse.AlloyNo.1unmodifiedf.AlloyNo.2modifiedbyal-pmasteralloy壓鑄件Al-15%Si初晶硅尺寸(μm)

1345610未變質(zhì)17.2524.1225.6032.7033.9037.00變質(zhì)后11.2614.4514.6822.4624.4026.00前后差值5.999.6710.9210.249.5011.00變質(zhì)程度/%34.7240.1042.6531.3128.0229.72microstructureofdiecastingwith3mmwallthicknessg.AlloyNo.1unmodifiedh.AlloyNo.2modifiedbyal-pmasteralloy