铜质蛇形通道制备半固态A390铝合金初生Si细化机(2)
2.4。蛇形通道制备条件下的初级硅成核机理
■ 凝固过程中的温度梯度和成形后的热处理对初生Si的尺寸影响不大,因此形核阶段对于初生Si的细化非常重要。原生硅的形核主要发生在合金熔体流经纯铜蛇形通道时。
■ 将过热的铝硅合金熔体倒入纯铜蛇形通道中,将沿蛇形通道内壁湍流流动,形成强烈的强制对流促进热交换。 8弯纯铜蛇形通道可提供46~64℃/s的冷却速度,强大的激冷作用为熔体提供更大程度的过冷,成为影响初生Si形核的主导因素。从图 4(a)和(b)可以发现,在蛇形通道内壁旁的悬垂物中存在大量 3-8 mm 的原生 Si 颗粒,表明纯铜蛇形通道可以促进大量新生Si的熔体形核。在后续熔体的冲刷作用下,大部分初生硅晶核都参与到浆液中。初生Si晶核的存在,使熔体粘度增加,导致部分初生Si晶核难以洗掉,最终凝固成蛇形。通道内形成悬挂材料层。熔体流动过程中不断变化的流动方向增加了湍流效应并加强了传热效应。熔体迅速处于过冷状态,因此可以稳定地保留泥浆中的初生硅核。这说明纯铜蛇形通道处理工艺可以使半固态合金浆液中的初生Si晶核不断增殖。
2.5。 Sr对原生Si的影响
■ Sr元素可以毒化Al-Si合金熔体中硅相的异相形核粒子,从而抑制硅相的形核。此外,作为碱土金属,Sr元素可以降低固液界面界面的自由能,促进初生Si的形核和生长;另一方面,Sr 原子吸附在 Si 相表面的生长台阶和双槽上,占据了 Si 原子生长的有利位置,使液相中的 Si 原子更难过渡到Si 相表面,增加了原子通过固液界面迁移所需的活化能,并抑制了初生 Si 的成核和生长。有两个因素影响初生 Si 的成核和生长。
■ 添加 0.02% Sr 改性剂后,蛇形通道中每个弯曲处的初生 Si 尺寸增加,这表明在较快的冷却条件下,初生 Si 的生长获得了更大程度的过冷,这使得更容易克服硅原子迁移通过固-液界面所需的活化能。此时,Sr元素降低了固液界面间的界面自由能对初生Si的影响,成为Sr元素的主导作用,促进了初生Si的生长。
3.结论
■ A390铝合金采用纯铜蛇形通道复合Sr变质处理,可同时实现初Si细化和共晶Si变质。一方面,Sr元素通过毒化异质成核粒子来抑制初级Si的成核;另一方面,Sr元素通过降低固液界面的自由能,并通过增加原子通过固液界面的迁移来促进硅相的成核和生长,所需的活化能抑制了硅相的成核和生长。硅相。在较快的冷却速度下,Sr 元素降低了固液界面之间的界面自由能,成为 Sr 对初生 Si 相影响的主导因素。
本文引用格式:闫鹏宇、毛伟民、范静等。 Sr对铜蛇形通道制备半固态A390铝合金初Si细化机制的影响[J].特殊铸件与有色合金 , 2021, 41 (4): 474-477.
文章来源:《特种铸造及有色合金》 网址: http://www.tzzzjyshjzz.cn/zonghexinwen/2021/0708/805.html