硅铝合金范文

硅铝合金范文（精选7篇）

硅铝合金 第1篇

高硅铝合金中硅含量的测定通常采用重量法[1,2], 在已有的文献[3,4]中还没有应用容量法测定高硅。本方法是为解决高硅铝合金中硅重量法测定操作难度大、时间长、耗电量大而制定的, 比重量法容易操作、速度快、省电, 同时分析结果准确, 能用于日常分析。

1 实验部分

1.1 实验原理

试样用氢氧化钾溶解, 用硝酸酸化, 生成的硅酸与氟化钾、氯化钾生成氟硅酸钾沉淀, 氟硅酸钾经过滤分离, 洗涤后移入热水中水解, 用氢氧化钠标准滴定溶液滴定, 根据氢氧化钠标准溶液的用量计算硅含量。

1.2 试剂

1) 12%氯化钾-0.1%氟化钾洗液:称取60g氯化钾于500m L塑料杯中加入0.5g氟化钾再加水400m L溶解, 加溴麝香草酚兰-酚红指示剂1m L, 滴加0.1mol/L氢氧化钠至鲜紫色, 再用0.1mol/L盐酸滴至鲜紫色刚褪, 黄绿色出现即可;

2) 0.05%溴麝香草酚兰-0.05%酚红指示剂:称取两种试剂各0.1g, 用40m L无水乙醇溶解, 加约150m L水, 以氢氧化钠标准溶液调至鲜明紫色, 用水稀至200m L;

3) 氢氧化钾:固体;过氧化氢:30%;硝酸:ρ=1.42;氯化钾:固体;氟化钾:20%, 存于塑料瓶中;氢氧化钠标准滴定溶液:0.1mol/L。

1.3 分析步骤

1) 准确称取0.1000g~0.1500g试样于50m L银坩埚中, 加3g氢氧化钾, 10m L水, 置热处溶解, 待激烈反应停止后, 滴加5滴过氧化氢, 加热煮沸5min~10min, 取下冷却, 吹洗坩埚盖及壁, 将溶液小心倾入已盛有20m L热硝酸的250m L塑料杯中并洗净坩埚, 进行酸化, 使沉淀溶解, 加入3g氯化钾冷至室温 (15℃~25℃) , 边搅拌边滴加10m L氟化钾 (体积约60m L) , 静置15min, 用中速滤纸于塑料漏斗中过滤, 用氯化钾-氟化钾洗液将沉淀全部转入滤纸中并洗至中性 (广泛p H试纸试至5-6后, 再洗1次~2次) , 于原塑料杯加入150m L沸水和1m L麝香草酚兰-酚红指示剂, 滴0.1mol/L氢氧化钠标准溶液至鲜紫色, 不计毫升数, 然后将沉淀连同滤纸移入杯中水解, 用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴至由黄色转浅紫色为终点, 记下0.1mol/L氢氧化钠标准溶液耗用毫升数V1;

2) 带近似试样硅含量的标准样品按1) 记下0.1mol/L氢氧化钠标准溶液耗用毫升数V2;求出滴定度T, 可提高分析准确度。

1.4 计算

T=标样含量 (%) 称样量 (g) /标准溶液耗用毫升数V2;

Si%=T标准溶液耗用毫升数V1/试样重量 (g) 。

2 结果与讨论

2.1 条件试验

2.1.1 滤纸选择实验

根据表1, 选择中速滤纸用于试验。

经过实验发现中速滤纸能够比较好满足速度和准确度要求。

2.1.2 氯化钾加入量实验

经过实验氯化钾加入量超过1g结果就比较稳定, 考虑到实验温度有可能较低 (5℃) , 同离子效应, 所以选择加3g氯化钾。

2.2 方法的精密度

选择ZAl Si-0-1标样及ZL9标样各分析8次, 计算其平均值、标准偏差、相对标准偏差, 均在允许的偏差范围内, 如表2所示。

2.3 方法的准确度

选择5种牌号的标样分别采用容量法进行试验, 并将结果与标准值比较, 分析结果与已知的标准值相一致。数据见表3。

3 结论

容量法测定标准试样结果与标准值无显著差异, 结果准确, 重复性好, 操作简便, 快速, 便于日常检测工作使用。

摘要：本文针对高硅铝合金材料, 探讨采用氟硅酸钾容量法分析高硅含量的方法, 经过条件、精密度和准确度实验, 制定了能够快速准确分析高硅含量的分析方法。

关键词：高硅铝合金,高硅,容量法,快速

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准.铝及铝合金化学分析方法重量法测定硅量[S].GB/T6987.5-2001.北京:中国标准出版社.

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[3]卢国壬, 吴风英.高硅铝合金中硅含量的分光光度法快速测定[J].轻金属, 1999, 7.

凝固条件对高硅铝合金组织的影响 第2篇

关键词：过共晶合金,孪晶凹谷机制,变质,凝固条件

经过变质处理后的过共晶铝硅合金具有良好的机械性能。它具有低的热膨胀率和高的耐磨性, 广泛的应用于工业。初晶硅、共晶硅和共晶铝是它的主要组织。其中硅相对合金的机械性能具有重要的影响, 如何改善硅相的形状和细化晶粒是一个重要的研究方向, 通常采用变质工艺[1~3]提高合金的机械性能。但是变质工艺的效果受到凝固条件的影响, 深入研究凝固条件对铸造合金组织的影响[4~5]具有重要的意义。本文分别采用不同的变质剂, 研究不同凝固条件对变质效果的影响。

1 实验

1.1 变质试验

把4个坩埚放入电阻炉中, 升温到一定温度, 加入高硅铝硅合金, 熔化后分别加入变质剂 (铜磷合金、Na盐、Sb、稀土合金) , 保温一段时间。为了研究凝固条件对组织的影响, 控制浇注容器温度从而达到改变合金的凝固条件, 采用的金属型腔的温度分别为20℃和200℃。将不同变质剂变质下的金属液浇注到金属型腔中, 取样进行观察。

2 凝固条件对合金组织的影响

2.1 未变质的合金组织

由图1可知, 图1的 (a) 中, 颗粒细小并且较圆滑, (b) 中颗粒粗大并且棱角锋利, 在不加入任何变质剂的条件下, 冷却速度可以明显的影响到合金的组织形态, 加大冷却速度可以细化初晶硅和共晶硅, 并且对初晶硅的形态还能够起到局部圆滑的作用。

2.2 铜磷变质的合金组织

从图2可知, 铜磷合金变质不论冷却速度快慢, 初晶硅都比未变质铝硅合金细小且分布均匀, 这说明了铜磷合金良好的变质效果。对比图2中 (a) 、 (b) 图我们可以发现, 冷却速度对初晶硅的影响是显著的。 (a) 图中初晶硅比 (b) 图中初晶硅明显细小, 且初晶硅分布更加均匀。

2.3 N a盐变质的合金组织

从图3 (a) 、 (b) 中可以看出Na盐对冷却速度是十分敏感的, 图3中 (a) 中初晶硅细小、形状圆滑; (b) 图中初晶硅颗粒较大。但仅从圆滑度来看, 两种冷却速度的条件下, 初晶硅颗粒都很圆滑, 看不到针状共晶硅, 这充分说明了钠盐优良的变质效果。

2.4 S b变质的合金组织

从图4中 (a) 、 (b) 图可以看出, 不同冷却速度对铝硅合金的影响是显著的。 (a) 图中初晶硅呈规则的四边形, 而 (b) 图中硅的形状呈花瓣形状, 有的中间有共晶硅存在, 这说明了当冷却速度慢时, 初晶硅在结晶的时候相邻的初晶硅发生了合并, 合并过程中有共晶组织填充了部分的区域, 这就是我们看到的初晶硅中间存在的共晶组织。对于共晶硅的影响, 可以看到 (a) 、 (b) 图中的共晶硅都呈现针状, 冷却速度慢的更甚。

2.5 稀土变质的合金组织

从图5中 (a) 、 (b) 可以看出, 稀土变质的铝硅合金中初晶硅和共晶硅大小差别不大, 说明了稀土变质的铝硅合金初晶硅对冷却速度不敏感。

3 合金组织的分析

虽然最后形成的组织形态与很多条件有关系, 并且目前也有很多相关的成形机理, 但是通过对组织进行透射电镜观察, 发现每一种变质剂条件下的组织, 在它的衍射斑点中, 都存在孪晶衍射斑点, 这说明了在变质处理过程中, 变质的机理在一定程度上与孪晶组织有着一定的关系, 因此, 可以从孪晶的角度出发, 解释组织的成形机理。图6是钠盐变质的初晶硅和共晶硅的衍射斑点图, 在图6中, 可以明显的看到, 在某些衍射斑点的1/3处的位置, 存在一些弱的斑点, 这就是孪晶衍射斑点的特征。由于有孪晶衍射斑点的存在, 说明了变质条件下的生长机理可以用孪晶凹谷机制进行解释。变质剂的富集和择优吸附对共晶硅和初晶硅都是有效的, 都为孪晶凹谷机制, 在共晶硅生长中硅的结晶前沿呈孪晶凹谷, 加入变质剂后, 变质剂原子因化学作用选择吸附而富集在孪晶凹谷处, 阻滞了硅原子或硅原子四面体的生长速度, 使孪晶凹谷生长机制受到抑制, 从而导致硅相生长形态的变化。由于孪晶凹谷被阻塞, 硅相生长被迫改变方向, 沿<100>、<110>、<112>等系列方向生长, 同时也促使硅相发生高度分枝。并且, 变质原子并非全部封锁整个凹谷, 而是优先吸附在凹谷内的位错、层错等缺陷处, 分割了原来的片状结构, 这就是共晶硅的生长过程。初晶硅由于它的生长环境与共晶硅不同, 造成了初晶硅生长过程的差别: (1) 初晶硅直接从液相中析出, 即使变质原子在固液界面前沿富集, 硅原子扩散受到的束缚也较小, 因此, 初晶硅可以长到很大; (2) 由于多重孪晶的作用, 初晶硅进行各向同性生长, 因此, 变质初晶硅颗粒由多面体转变为圆滑的颗粒。

凝固条件对铜磷合金、Na盐、Sb和稀土变质效果的影响是不同的, 不同的凝固条件下, 铜磷合金和Na盐变质下的金相组织发生了以下几点变化: (1) 初晶硅的数量明显增多, 这是因为在温度较低的条件下, 液体中存在较多的异质核心, 促进初晶硅的生长; (2) 初晶硅尺寸减少很多, 一方面在凝固条件较快的条件下, 熔液内部会出现大量的异质核心即硅晶胚, 这些晶核的存在, 促进了初晶硅和共晶硅的形核;另一方面初晶硅的生长受到强烈的抑制, 因为冷却速度快, 初晶硅之间来不及发生合并的现象, 这两方面的原因都导致成形的初晶硅细小; (3) 初晶硅发生了球化现象, 硅本来是小平面生长, 但是在变质剂影响的条件下, 小平面生长方向受到抑制, 硅晶体转变为非小平面生长, 并且较快的冷却速度会促进变质剂的变质效果, 最后得到球化的初晶硅。而对于变质效果一般的Sb和稀土变质下的金相组织, 凝固条件仅仅改变组织的颗粒大小, 而对于形状的改变很小。因此, 良好的变质效果是由变质剂决定的, 凝固条件对于形成的组织只能起到促进作用。

4 结论

(1) 不同变质剂受冷却速度的影响效果是不同的, 铜磷合金、Na盐对冷却速度敏感;Sb元素变质下的组织在冷却速度逐步变大的条件下, 硅相组织由花瓣状变为块状;稀土合金变质下的组织对冷却速度的变化不敏感。

(2) 对初晶硅和共晶硅的变质机理进行了分析, 无论是初晶硅还是共晶硅, 可以从孪晶凹谷机制解释它的变质机理。

参考文献

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[4]S.Liao, Y.Han.A study of heat parameters during bi-directional solidification science and technology of advanced materials[J].2001, 2:281-284.

硅铝合金 第3篇

在金属材料的应用中, 铝材仅次于钢铁而居第二位, 是发展科学技术和国民经济与提高人民物质生活、文化生活水平的重要基础材料。铝合金的机械加工是铝合金加工的重要组成部分, 随着加工中心和刀具制造技术的飞速发展, 高速加工铝合金成为未来铝合金应用技术趋势之一。高速加工的刀具主要是超硬刀具, 而用于高速加工铝合金的主要是金刚石刀具 (PDC刀具) 。硅铝合金是交通运输行业常用的铝合金, 目前高速加工铝合金的绝大部分研究都着重于普通铝合金, 而对高硅铝合金的高速加工研究很少[1~6]。加强PDC刀具高速切削高硅铝合金的研究不仅十分必要, 而且非常有意义。

1 实验条件

1.1 刀具

实验以我院研发的聚晶金刚石复合片作为刀具材料, 在台湾远山FC-500D聚晶金刚石刀具磨床上加工成所需要的PDC外圆车刀。

实验使用的刀具参数为: (刀片形状如图1所示) 前角γo=0°, 刃前角λs=0°, 刀尖圆弧半径γε0.3mm。1#~4#刀具的楔角和后角如表1所示。

1.2 工件材料

工件材料使用高硅铝合金棒, 其直径为150mm。硅铝合金的化学成分如表2所示。

1.3 数据测量方法

粗糙度测量:采用时代公司生产的TR200手持式粗糙度仪测量粗糙度。

温度测量:采用自然热电偶进行测量, 刀具与工件材料形成的热电偶测量前进行标定。

1.4 实验条件

用不同形状的刀具1#~4#在沈阳第一机床厂出产的型号为CA6140的车床上进行切削, 研究不同形状刀具的切削用量对已加工工件表面粗糙度的影响, 采用正交试验进行研究, 切削参数确定如表3所示:

切削深度在0.3mm、进给速度分别为0.1mm/r、0.05mm/r, 切削速度在200~1500m/min的范围内, 用2#刀具在广州珠江数控车床厂生产的型号为CKX6140P的车床上进行切削试验, 控制切削速度分别为:180m/min、300 m/min、500 m/min、750 m/min、900m/min、1150m/min, 1500m/min。

2 实验结果与讨论

2.1 刀具楔角和后角对硅铝合金工件表面粗糙度的影响

不同的刀具正交试验结果如表4所示。

切削深度、进给量、切削速度的变化对已加工工件表面粗糙度有不同的影响, 形状不同刀具影响大小如图2所示。由图2可以看出, 在PDC刀具车削硅铝合金时, 切削深度是对硅铝合金工件表面粗糙度影响最显著的因素, 不同角度的刀具有相似的结果, 刀具后角越大形成的极差越大;对表面粗糙度的影响显著程度依次为:进给量、切削速度、切削深度。

由图2可知, 切削参数对形状不同的刀具影响趋势都是一致的。工件表面粗糙度与后角关系如图3所示, 在切削参数和刀具形状相同的条件下, 刀具后角越大加工出来的工件表面粗糙度越大, 后角最大的3#刀具加工出来的工件表面粗糙度在所有情况下都是最大的。楔角大、后角较小的4#刀具加工出来的工件表面粗糙度最小。

由实验结果可知:使用小后角PDC刀具切削高硅铝合金, 可获得相对较好的被加工工件表面粗糙度。而使用大后角PDC刀具切削高硅铝合金, 随着切削速度的提高, 被加工工件的表面粗糙度迅速变小并逐渐趋于平稳;在进给量较小时, 后角变化对被加工工件的表面粗糙度几乎没有影响, 在进给量较大时随着进给量的增加, 被加工工件的表面粗糙度快速增大;切削深度的增加对大后角PDC刀具加工工件表面粗糙度的影响与进给量增大的影响相似, 但影响程度要小一些。

2.2 不同切削速度下的温度变化

2#刀具在切削深度为0.3mm、进给速度分别为0.1 mm/r、0.05mm/r条件下的切削温度的变化如图4所示。

在刀具切削进给量较小时, 其切削温度略低于刀具切削进给量大的情况, 但是两者的曲线形状非常相似, 切削速度越高两者的差值越小。切削速度越高切削温度也越高, 具有明显的单调递增趋势, 切削速度在200m/min时, 切削温度接近200℃, 当切削速度达到900m/min时, 切削温度可达到400℃, 切削速度达到1500m/min时, 切削温度达到了500℃。

2.3 粗糙度与切削速度的关系

2#刀具在切削深度为0.3mm、进给速度分别为0.1 mm/r、0.05mm/r条件下的被加工工件表面粗糙度的变化如图5所示。

随着切削速度的提高被加工工件表面粗糙度总体上显示出降低的趋势, 但在局部可能不是这样。当切削深度较大时被加工工件表面粗糙度略大, 随着切削速度的提高, 两者的差值减小, 当切削速度达到1200m/min以后两者明显变得越来越一致, 在1500m/min时已加工工件表面粗糙度达到0.08μm。

铝是一种延展性能较好的材料, 金刚石刀具切削普通铝合金形成的切屑是典型的带状切屑。典型的软化温度是425℃[8], 当切削温度达到425℃时, 在切削区的合金中出现了微区的液相, 使得铝合金的软化行为大大增加, 切削区的后刀面在其作用下, 迅速抹平已加工工件表面, 已加工工件表面的粗糙度得以降低, 这与图5中当切削速度达到1000m/min左右时, 出现表面粗糙度快速降低的趋势, 同时不同进给量下的粗糙度差值也快速降低趋于一致的表现是相符合的。

在刀具后角比较小的情况下[7], 刀具后刀面处机械变形导致的内能增加。内能产生的热量可以软化已加工工件表面, 降低已加工工件表面的应力、愈合刀尖萌发的裂纹, 提高表面光洁度。刀具的楔角增大, 刀刃与工件接触的切削长度变长, 尽管整体切削没有什么变化[3], 但是刀具后刀面上的摩擦力增加, 从而增加了刀具后刀面上的发热量, 提高了刀具后刀面的切削第三变形区的温度, 从而也提高了已加工工件表面的粗糙度。文献[3]中已加工工件表面的粗糙度与切削深度的关系表现出先增加后降低的形式, 就是切削径向力增大, 后刀面摩擦产生热量增大提高切削的温度导致。

以实验的数据结合文献[3、7、9]的现象与分析, 聚晶金刚石刀具切削硅铝合金时, 已加工工件表面的粗糙度与切削温度尤其是刀具后刀面接触的第三变形区温度有重要关系, 能让第三变形区温度上升的因素都可以降低已加工工件表面粗糙度, 比如后角减小、楔角增大、在一定范围内增加切削深度等。当这个区域的温度达到铝合金的软化温度425℃时, 已加工工件表面的粗糙度快速降低。此时已加工工件表面粗糙度主要受第三变形区的温度控制。高速切削铝合金时应当超过这一温度, 这样才容易获得粗糙度低的工件表面。

3 结语

PDC刀具加工硅铝合金时, 切削温度和已加工工件表面的粗糙度有密切关系。在实验的500℃的温度范围内, 温度越高则已加工工件的表面粗糙度越小。PDC刀具切削硅铝合金的表面粗糙度与刀具的角度, 尤其是刀具后角有关, 使用小的刀具后角有利于获得高精度的加工表面。当切削速度达到1400m/min时, 容易获得镜面的光洁度。楔角60°、后角5°的PDC刀具在1500m/min、进给量0.1mm/r、切削深度0.3mm条件下可获得0.08μm的表面粗糙度。

参考文献

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[7]冯吉福, 李立惟, 林峰.PDC刀具切削硅铝合金的有限元模拟分析[J].超硬材料工程, 2012, 24 (3) :10-15.

[8]王世洪.铝及铝合金热处理[M].北京:机械工业出版社, 1986:61-62.

硅铝合金 第4篇

6063铝合金主要合金元素为镁与硅, 具有极佳的加工性能、优良的可焊性、良好的抗腐蚀性及韧性, 是典型的挤压合金。当前, 我国每年生产1500万吨6063铝合金铝棒, 用于铝型材及机械配件的加工。6063铝合金传统制配法是以中间合金的方式加入AL-Si中间合金锭, 工艺虽然简单, 溶化效果好, 但是由于多了一道制做中间合金的工序, 无疑加大了生产成本。后来部分厂家采用粉碎机将工业硅锭粉碎成10~25mm大小的硅颗粒, 然后按Si的含量要求将硅颗粒直接加入熔好的铝液中搅拌, 成本相对降低, 但需严格控制硅颗粒的大小, 过大, 需要充足的时间才能彻底溶解, 过小, 硅颗粒易发生氧化反应, 生成不溶的Si O2粒子, 成为细小的夹杂物, 这些夹杂物不但对产品的力学性能会产生影响, 而且会缩短模具的寿命[1]。

针对6063铝合金传统制配法面临的问题, 笔者通过一段时间的研究与探讨认为, 若将工业硅锭按含量要求直接在二次加料时同铝锭一起投入熔炉, 经铝液包裹、冲刷, 借助加热升温、加镁搅拌、除渣、精炼、排气综合过程, 即可完全溶解含量0.4%左右的Si[2]。

1 直接加工业硅锭法技术原理浅析

Si在铝液中是溶解的过程, 不是熔化的过程, 在一定的温度下, 铝液冲刷、侵蚀工业硅, 使Si溶解于铝液中。根据相关资料, Si在700℃的铝液中扩散系数 (cm2/s) 为14.4, 且在6063铝合金中形成共晶化合物Mg2Si, Mg2Si的共晶温度在500℃[3]。通常与铝形成共晶的元素容易溶解, Si在铝液中的溶解速度还与Si的百分比有关[4]:Si含量越高, 溶解时间越长, 反之则越短。由于在二次投料时就加入工业硅锭, 6063铝液中, Si含量又仅为0.4%左右, 所以工业硅锭有充足的溶解时间, 能够彻底溶解。而加镁搅拌、除渣、精炼、排气综合过程, 铝液的搅拌时间不会低于20分钟, 所以充足的搅拌又保证了组织的均匀, 不会出现严重偏析现象, 因此, 采用直接加工业硅锭法来制配6063铝合金是可行的。

2 试验方法与步骤

2.1 试验的方法

本试验主要分2组, 第1组采用传统制配法, 加Si含量为12%的AL-Si中间合金, 第2组采用新工艺, 直接加0.42%的工业硅锭来制配6063铝合金棒, 工业硅锭含硅量为>=99%, 经熔炼、静置, 对2组分别取样进行光谱分析, 对比合金化效果。

2.2 试验的步骤

本试验在1吨熔炉中进行, 第2组直接加硅锭法制配中, 工业硅锭在进行二次加料时, 直接与纯铝锭一起投入熔炉中, 加热升温, 当纯铝锭完全熔化, 铝液温度至720℃~740℃时, 加镁搅拌, 然后打渣、精炼、除气, 最后静置、取样[5]。新旧工艺流程图如图一与图二所示。

2.3 试验的结果

对第2组铝液多次取样观察, 铝液中均无可见硅颗粒, 硅锭彻底溶解。对两组铝液分别取样、冷却, 对冷却试样分别取5个不同的点进行光谱分析, 光谱仪为德国WAS公司的FOUNDRY-MASTER COMPACT直读光谱仪, 分析结果如表一与表二所示。从表中可以看出, 直接加工业硅锭新工艺与中间合金法具有同等合金化效果, 新工艺制配的试样硅含量稳定在0.42%左右, 试样各点硅含量相差甚微, 无明显偏析现象, 合金化效果好。

从以上结果可以看出, 采用直接加工业硅锭新工艺来制配6063铝合金是完全可行的, 硅的溶解效果好。

3 生产实践

针对新工艺的生产可行性与铝棒质量的可靠性, 在雄鹰铝业15吨油炉进行正式生产实践, 对每炉取样, 进行光谱检测。截至目前, Si、Mg等元素含量均符合要求, 无一例硅元素含量不合格, 且所产6063铝棒完全满足挤压生产要求与挤压产品质量, 无一例因铸棒溶硅问题而导致挤压制品不合格或影响挤压生产事故, 创造了巨大的经济效益。

4 直接加硅锭新工艺的优势

4.1 工艺流程简单

通过新旧工艺的对比可以发现, 中间合金法工艺流程相对比较繁琐, 需经二次补料进行成分调整, 直接加硅新工艺可以精确控制硅的添加量, 且能很好的防止硅被氧化, 工艺流程简单, 改善了工人的工作条件, 缩短了熔炼时间, 减少了烧损。

4.2 生产成本大大降低, 经济效益明显

每吨6063铝棒需加入约30Kg AL-Si中间合金, AL-Si中间合金的价格约在22元/Kg, 每吨6063铝棒中间合金的成本在660元左右, 而工业硅的价格仅约12元/Kg, 新工艺下每吨6063铝棒的溶硅成本仅在50元左右, 直接节约成本约600元。根据全国每年生产1500万吨6063铝棒计算, 直接节约成本在90亿元左右, 经济效益明显, 若能将此技术应用于整个6系铝合金, 经济效益更为明显。

5 结束语

采用直接加工业硅锭新工艺代替传统工艺来制配6063铝合金棒无疑是切实可行的, 与传统制配工艺相比, 大大降低了生产成本, 经济效益显著, 是目前行之有效的工艺, 若将此工艺应用于整个铝合金行业, 必将带来巨大的经济效益。

摘要：本文围绕6063铝合金的制配工艺, 介绍了直接加工业硅锭法制配6063铝合金的新工艺。新工艺流程简单, 改善了一线生产工人的工作条件, 且大大降低了生产成本, 是本行业熔炼此种铝合金行之有效的途径, 与传统的添加AL-Si中间合金法相比, 具有明显的经济效益。

关键词：6063铝合金,加硅工艺,工业硅锭

参考文献

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[4]聂存中, 张厚安.6063铝合金型材的力学性能[J].轻合金加工技术, 1993, 21 (03) :29-34.

硅铝合金 第5篇

材料工艺实验是材料科学与工程专业的一门重要专业实验课,其目的是通过实验让学生了解和掌握材料的各种金属熔炼工艺、材料的热处理工艺流程、加工方法及工艺等,是一门加深金属熔炼及热处理、金属材料学、材料性能学等专业理论知识的实践课程,内容涵盖面广,要求高,学习难度相对较大。铝硅中间合金熔炼实验正是为满足该课程的要求而设,旨在帮助学生加深理解和巩固金属熔炼理论知识,加强知识间的联系与综合应用,以达到培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。为此,我们对该课程的铝硅中间合金熔炼实验进行了全面改革,制定了以加深专业知识为出发点、以拓宽知识面为平台、以加强综合能力培养为目标的改革思路,给予该实验新的定位。让实验课不再仅仅是验证理论结论的配角,而是成为培养学生动手能力、思考能力、协作能力、创新能力的承担者。通过实验系统的训练,提高了学生的综合实验技能,并最大限度地锻炼了学生灵活应用所学知识和独立从事科研活动的能力。

1 传统熔炼实验存在的问题和根源

传统熔炼实验的主要内容和过程为:学生预习实验手册内容→分组观察实验教师操作和听取实验教师的讲解→撰写实验报告→实验教师评改实验报告并给出实验成绩。实验基本上由实验教师进行操作和讲解,学生不参与实验操作,这样的实验存在以下几个方面的问题:(1)不能培养学生的动手能力。实验课程是以培养学生的动手能力为目的,但目前的实验,学生基本不用动手做实验,只是观看,根本谈不上动手能力的培养。(2)不能培养学生的创新能力。学生不进行实验操作,没有将理论与实验联系起来思考、分析和解决实验中出现的问题,创新能力的培养更无从谈起。

存在以上问题的根源为:(1)课程安排不重视实验环节,不能调动学生的积极性。认为实验课只是理论课的验证,可有可无,学生无实验创新的动力。(2)实验教学评价体系不完善,且实验分组较多,同一个实验要分若干组才能完成,工作强度大,所以实验只能由教师演示,实际教学效果欠佳。

2 实验的改革思路

针对上述诸多问题,铝硅中间合金的熔炼实验在学校的重视和资助下,做了如下改革:

2.1 转变实验教学思想、更新实验教学观念

任何一项改革都需要以转变思想、更新观念为先导[5,6],实验的教学改革也不例外。树立实验教学是以培养学生动手操作能力和实验创新思维能力为主的观念,转变实验教学中教师和学生的角色,树立实验教学以学生动手为主,教师辅助指导的理念;转变实验教学中对实验内容、时间、要求“统一性”的观念,树立实验教学中“个性化”“特色化”为主的观念。只有这样,才能改变教师和学生对实验教学的看法,才能真正实施素质教育。

2.2 实验改革的内容

为培养学生的动手能力、综合应用知识的能力,提高独立分析问题和解决问题的能力,铝硅中间合金的熔炼实验的内容和步骤做了如下调整:

第一阶段:课前思考。在实验课程开展前,要求学生除了认真预习实验手册外,还要查阅相关的文献资料,了解铝硅中间合金熔炼的流程和注意事项,按组制订实验方案并进行实验可行性分析。

第二阶段:制订实验方案。各组组员分别进行实验方案讨论,形成具体实验方案,教师负责制订紧急情况的应急预案。

第三阶段:学生动手实验。整个实验操作过程均由学生独立进行,教师负责监督和意外情况的处理,并且向学生提问实验过程中可能会出现的问题,让学生思考和回答,要求学生做好全程记录,并作为成绩考核的一部分。

第四阶段:实验报告和总结。实验报告必须要格式规范,说明制订实验工艺参数的理论依据,铝、硅添加的顺序,经熔炼后组织和性能发生的变化,涂料在熔炼过程中的作用,以及个人在实验方案制订和实验操作过程中的贡献,对实验过程中的问题和实验结果进行分析等。

第五阶段:课程考核。彻底改变以往仅凭实验报告评定实验成绩的考核办法,采取过程全面的考核方式。考核主要对实验准备、实验方案制订、实验现场操作、实验现场记录及回答问题、实验报告撰写等情况进行综合考虑评定,充分体现实验过程的整体性。

3 实验改革的成效

3.1 培养了学生的自学能力和思考能力

课前思考要求学生查阅实验的相关文献,制订实验方案和进行可行性分析。通过这一环节,不但加深了理论知识的理解,拓宽了知识面,同时还预测可能出现的问题和制订解决方案,极大提高了学生的自学能力和思考能力。

3.2 培养了学生的动手能力和协作能力

在实验的操作过程中完全由学生自行完成,确立学生在实验教学中的主体地位,弱化教师演示者的角色,赋予其引导者、辅助者、监看者的角色,重点培养学生的动手能力,启发学生的科研思维,发挥学生的创新思维,深化学生的实践技能。该实验的操作步骤和环节较多,带有很大的危险性,需要组员间的密切配合才能完成整个实验,某个步骤或环节配合不好,整个实验都可能前功尽弃,通过实验操作的配合培养了学生的协作能力和团队合作精神。绝大多数学生认为,通过独立完成实验,增加了他们的责任感,提高了他们的自信心,激发了他们的学习热情,锻炼了他们的动手能力和协作能力。

3.3 培养了学生的创新能力

从实验课前思考到实验操作再到实验报告的撰写,都需要学生不断地思考和创新,要求学生拿出更好的方案,拿出更好的答案,不断激发他们的创造热情,提高他们不断寻求新知识的积极性,通过实验培养了学生的创新能力。

3.4 保障了实验教学的效果

通过本次实验改革,不仅学生的综合素质得到了提高,教学的效果也得到了保障,具体表现在以下几方面:(1)考察教师的实验教学指导思想、教学理念和思路;(2)考察实验教学的设备、设施条件是否满足实验要求;(3)考察实验教学管理体系是否体现综合化、特色化;(4)考察实验教学内容是否体现创新教育的思想,是否具有先进性、设计性、综合性、探索性;(5)考察实验教学考核体系是否体现了考核学生的自主性、创新性、团队合作性等。

4 实验改革的不足

虽然本次实验改革取得了较大成效,但在改革过程中也反映出些许不足之处,尚待改进:

(1)尽管大部分学生都比较积极,但还有一小部分学生不是很自觉。例如有的学生在实验准备阶段并没有认真地查阅文献,而是依赖一两位学生去准备资料,有的学生在实验操作时马马虎虎,敷衍了事,走走过场,失去了锻炼的机会。

(2)由于实验设备数量有限,而学生人数较多,同一个实验需要重复多次才能完成,实验的时间跨度大,从而导致部分学生把时间浪费在等候上。

(3)实验经费不足,实验材料缺乏,不能满足实验要求,只能做些基本指标,尚不能进行深入的探索。

5 实验改革的方向

(1)增加实验课程的学分比重,引起学生对实验课程的重视。设置开放创新实验环节,激发学生对实验的兴趣。

(2)制定合理的实验制度,合理安排实验,让实验设备与学生的时间均能有效利用。加大实验经费的投入,配置满足实验要求的设备和足够的实验材料。

(3)建立科学的学生成绩评价体系,考核成绩要全面体现学生实验过程的工作成果。

6 结束语

素质教育要求现行实验教学体制改革,而实验教学改革是一个循序渐进的过程,实验教学中“教师本位”的现象依然十分普遍[7,8],然而培养具有动手能力、思考能力、协作能力、创新能力的大学生,是高等学校实验教育的首要任务[9],铝硅中间合金熔炼实验的教学改革不仅能达到培养学生创新精神和独立操作的能力,而且学生的综合实验技能和综合素质也得到了很大提高。但要使实验教学完全满足培养社会需要和市场需求的综合性人才,还需要我们不断地改革创新、实践探索和科学总结。

摘要：结合目前实验教学的现状分析,指出目前实验教学中存在的问题,提出实验教学改革的思路和方案。介绍了广西大学材料科学与工程专业铝硅中间合金熔炼实验的改革情况,总结了改革成效及不足之处,提出今后实验改革的方向和方法。

关键词：实验教学,改革,创新

参考文献

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[3]蒋建清,梅建平,睢良兵.金属材料专业实验课的改革与实践[J].实验技术与管理,2004,21(1):23-26.

[4]黄忠臣,韩芳,王丽华.原子吸收实验教学的改革[J].实验室研究与探索,2010,29(8):125-126.

[5]陈遇春,李厚.高校教学改革中教师组织问题的研究与探索[J].中国大学教学,2011(11):63-65

[6]钟启泉.对话与文本:教学规范的转型[J].教育研究,2001(3):33-39.

[7]周建平.“从科学认识论”到“生活认识论”:论教学的认识论基础的转换[J].教育研究与实验,2002(1):18-23.

[8]李燕.独白:教育交往关系的异化[J].当代教育科学,2004(11):17-18.

硅铝合金 第6篇

过共晶高硅铝合金因具有低的密度,优良的耐磨性,低的热膨胀性以及优良的铸造和焊接性能的特点,在很多领域得到广泛应用,如可用来制造发动机齿轮、油泵及缸体,而在电子工业、航空航天工业及兵器工业中也具有重要用途。随着研究工作的不断深入,研究人员逐渐发现由于受传统铸锭冶金工艺条件的限制,进一步提高Si含量而改善性能的空间已趋于穷尽。

粉末冶金技术虽然能解决铸造生产晶粒粗大、偏析严重的缺陷,但由于其易受污染,工艺复杂,其应用也得到一定的限制。喷射成形(Spray Forming-SF)技术继承了粉末冶金技术快速凝固的技术优势,也弥补了粉末冶金工序多、易污染的不足。该技术一经产生便得到迅速的发展,为高硅铝合金的研究、制备及性能的进一步挖掘,提供了有效途径。利用喷射成形制备铝硅合金,在保持高Si含量情况下,能够获得细小晶粒,过饱和固溶度得到提高,得到少偏析甚至无偏析的独特组织特征,因此具有与常规铸造合金不同的性能特点,兼有优良的耐磨、耐热性、高强、质轻及低热膨胀性等。在汽车工业和国防机动设备中,发动机性能的改善尤为重要,高硅铝合金作为一种新型材料,因其快速凝固性能,能够很好的改善发动机性能。由其制造的发动机缸体和活塞的耐热、耐磨性能大大提高,而且密度也大大减轻,从而提高了发动机效率,节约能源。因此,喷射成形高硅铝材料的研制和开发对于我国的汽车和国防工业具有战略性意义。由于硅含量高,使材料的塑性成形能力下降,模具结构和工艺对高硅铝合金缸套变形过程影响较大,对此进行研究具有重要的实际应用价值,同时,采用先进的喷射成形技术制备高硅铝合金材料,使得材料的组织和相结构发生本质变化,因此,喷射成形高硅铝合金的变形行为对于完善材料成形理论也具有重要的理论意义。

2研究过程

为了提高研究效率,本研究采用数值模拟的方法研究。模拟采用DEFORM软件。DEFORMTM是20世纪80年代初由美国Battle Columbus实验室开发的有限元分析软件,现已发展成为一个较成熟的用于金属塑性变形过程有限元分析的商品化软件,是目前国际上最著名的2D/3D成形加工和热处理工艺模拟分析软件。DEFORMTM专为生产实际应用而设计开发,使用起来非常简便,确保用户缩短设计、生产周期,优化最佳工艺,提高生产率。

在本章模拟中,由于管材挤压属于轴对称变形,故采用轴对称模型,考虑到计算速度,采用DEFORMTM-2D近似模拟实际压缩过程,不考虑上下平模板的变形,视该材料为刚性体;圆环设为刚塑性体,网格划分过程中不同区域网格疏密程度相同,采用四节点单元,数量在990~1010之间,具体数目取决于模型的尺寸。温度均为20℃,忽略温度的变化。模拟过程中,上模下行速度恒定为1mm/s。

3结果分析

本次数值模拟选取不同锥角角度进行模拟,角度分别为30°、45°、60°和75°。从中选取优化。当锥角很大或很小时产生较大应力,已经达到材料最大承受能力,挤压管材容易出现表面断裂。45°和60°的锥角产生应力较小,比较45°和60°的锥角应力可以发现。60°锥角的应力层次比较明显,在压头部位和锥角位置的应力较大,坯料的压头位置受压头挤压力的作用产生挤压应力,中间部分进入稳定流动区域,受力均匀,仅进行刚性移动。剧烈变形区集中在锥角附近,随着成形过程的进行,模底处等效应力数值变大。这是因为在锥角处坯料受到摩擦力的作用较大,发生较大的变形,因此应力升高。

挤压力是衡量挤压工艺的重要参数,挤压力过大会影响模具使用寿命,并且需要较大的动力能源,使挤压不容易进行下去。因此在相同情况下,较小的挤压力能使模具寿命延长,方便进行操作。随着行程的变化,载荷先是迅速的升高然后趋于平缓,这是由于开始坯料的运动并没有进入塑性流变区。当挤压力迅速升高,金属开始挤压成形,进入塑性流变区,挤压力趋于稳定。通过比较可知锥角为45°时会产生很大的剪切力,金属受到剪切力的作用,而在开始成形时剪切力起主导的作用,应力升高。当进入金属流变区后,金属的运动沿着塑性变形最容易的方向进行,应力趋于平稳。

对模具采用锥角的设计主要是由于坯料在挤压过程中受到三向压应力的挤压,同时还受到摩擦力的影响。锥角过大虽然可以获得比较好的三向压应力,但是容易产生很多缺陷,如表面的折叠、表面折缝、裂纹等。这些缺陷对挤压件的应用会产生致命的影响,并直接影响到挤压件的应用寿命。当锥角比较小时,会在变形区域产生较大的摩擦力,这些摩擦会产生附加应力和残余应力,当他们的值超过挤压材料的许可值时,可能会产生环形裂纹,增加挤压力,产生工业硬化,使挤压件的力学性能降低。因此如何降低摩擦、减少模具的死区范围是挤压能否成功的关键。合理的锥角设计可以有效的减少摩擦,当金属进入死区时,不会发生流动。金属总是沿着最容易运动的方式进行滑动,即沿塑性变形区进行滑动。因此锥角的设计有利于减少摩擦,提高金属的流动性。(图1)

4结论

对于模具结构的优化可以有效地改善挤压件的内部结构,减少应力与温度的升高。减少摩擦,使挤压过程更加流畅。60°锥角的行程载荷最小且可有效地改善材料内部的缺陷。

参考文献

[1]刘达利,齐丕骧.铝合金活塞[M].北京:国防工业出版社,1999,103.

[2]黄良余.铝硅合金变质机理的新发展和新观点[J].特种铸造和有色合金,1995,(4):30.

[3]孙宝德,李克,王俊等.镧,钇稀土在过共晶铝硅合金中的作用[J].上海交通大学学报,1999,33(7):795.

[4]谢长安,尚成嘉,贺信莱,熊柏青,石力开.气/液比和挤压比对过共晶铝-硅合金初晶硅相的影响[J].北京科技大学学报:1999,21(5):465-468.

[5]袁晓光,徐达鸣,张淑英,李庆春.喷射沉积Al-Si-Fe-Cu-Mg合金的微观组织和力学行为[J].金属学报;2004;33(3):248-252.

硅铝合金 第7篇

目前提高钽钨合金大气下高温抗氧化能力的主要途径有合金化保护和表面涂层保护两种。合金化的方法可以改善合金的抗氧化性能, 但合金化的元素必须超过一定量的临界值才能对基体起到保护作用, 因此势必影响合金其他性能, 特别是造成基体高温机械性能的下降。可见合金化的方法有其自身的局限性。在合金表面加制涂层后, 涂层可以保护合金基体不受高温腐蚀或减缓腐蚀速率, 保持合金基体成分不变, 可以确保室温下基材强度不低于原基材强度的90%, 延伸率不低于10%。

1 钽十钨合金涂层制备

1.1 涂层体系的选择

常见的钽钨合金高温抗氧化涂层有耐热合金涂层、铝化物涂层、硅化物涂层和贵金属涂层等。宁夏东方钽业Ta10W合金高温抗氧化涂层选用硅化物涂层, 这是由于硅化物涂层具有良好的热稳定性, 使用温度可达1800℃, 涂层表面的SiO2能有效阻止氧向基体内部扩散;而且SiO2在高温下具有流动性, 如此涂层便具有一定的自愈能力, 可以弥补涂层扩散或挥发形成的空缺。根据金属与非金属在性能上的互补性, 选用具有一定固溶、粘结特性的粉体材料, 通过熔烧、溶渗等方法使涂层料浆中的成分与合金表面发生反应, 生成一层致密的金属固溶体, 在合金表面形成一层致密的保护膜, 在高温环境下阻止氧的入侵减缓氧化, 从而提高合金材料的抗氧化性能。

1.2 涂层涂制方法及工艺路线

用纯度95.7%、250目以上的单质粉料, 按一定比例混合均匀, 以乙酸乙酯为溶剂, 充分搅拌并研磨至满足烧结的料浆粒度和粘度要求。涂层方法采用浸涂法或喷涂法, 试件涂覆后进行真空熔烧, 整个制备流程见图1。

1.3 涂层熔烧工艺参数的选择

由于Ta10W熔点高达3080℃, 为在合金表面通过固溶、扩散形成涂层, 除了涂层单质粉料要具有固溶、半固溶特性外, 还需要选择较高的涂层熔烧温度, 经过研究, 最终确立涂层熔烧工艺为:1500℃~1600℃, 保温10min~30min。

1.4 涂层微观形貌

涂层表面和截面显微形貌, 如图2和图3。

由图2表面形貌可以看出, 涂层为树枝状结构, 表面粒度均匀致密。图3截面形貌可以看出, 涂层具有三层结构, 第一层为阻挡层 (即氧化物) 、第二层为主层、第三层为扩散层, 涂层结构紧密, 无气孔等明显缺陷, 这对减少涂层中氧渗透的途径、减缓合金氧化速率以及减慢合金元素挥发有重要作用, 能够显著提高合金的高温抗氧化能力。

2 钽十钨涂层失效分析

通过内热法测定Ta10W涂层性能, 分别测定涂层静态抗氧化性能 (2000℃) 和抗热震性能 (1800℃) , 采用红外测温仪测定试片温度。用扫描电镜观察进行完静态抗氧化和抗热震性能测试后涂层的表面和截面显微相貌, 如图4~图7所示。

硅化物涂层在高温状态下工作时, 氧化层、主层中的Si生成SiO2起到抗氧化作用, 而金属元素会逐渐氧化[3]。

由图4和图5可以看出, 涂层在高温静态环境下时, 涂层中的Si等元素通过氧化生成气体挥发和与基材不断互扩散两种方式不断被消耗, 钽等金属元素被氧化形成Ta2O5等疏松的氧化物附着于涂层表面, 当氧化进行到一定程度, 氧化层因为反应后的体积效应而从涂层表面剥落 (当有冲刷力时涂层剥落速度更快) , 涂层对氧的阻挡作用越来越弱, 氧不断向内渗透, 涂层失去对基材的高温抗氧化保护, 最终涂层失效导致基材遭到氧化破坏。从图6和图7可以看出, 涂层在经受高温热震环境时, 由于涂层与基材之间的热膨胀系数差异, 涂层会产生细微的裂纹, 氧就会顺着这些细微的裂纹不断对涂层进行从外到内的氧化扩张, 从而形成贯穿性的氧化腐蚀带, 涂层失去保护作用致使基材遭到氧化。因此涂层与基材的热膨胀系数越接近, 涂层的抗热震性能越优异, 通常涂层与基材之间的热膨胀系数比值范围为0.86~1.21。

3 结语

采用1500℃~1600℃, 保温10min~30min的料浆熔烧工艺, 可以在钽十钨合金表面制备具有良好的热稳定性和高温抗氧化性的硅化物涂层。钽十钨合金表面硅化物涂层静态抗氧化失效是由于涂层不断氧化脱落, 氧不断向内渗透造成涂层失效。钽十钨合金表面硅化物涂层热震抗氧化失效是由于涂层与基材之间的热膨胀系数差异, 涂层形成细微裂纹, 氧顺着裂纹不断氧化形成贯穿性的氧化腐蚀带致使涂层失效。

钽十钨合金表面硅化物涂层与基材之间的热膨胀系数越接近, 涂层的抗热震性能越优异, 通常涂层与基材之间的热膨胀系数比值范围为0.86~1.21。

摘要：钽十钨合金 (Ta10W) 具有很高的高温强度、良好的延展性、可焊性和优良的耐腐蚀性能, 适用于高温、高压、耐腐蚀等工作环境, 广泛应用在化工、航空航天、原子能工业和高温元器件等领域。但Ta10W合金大气下的高温抗氧化性能则相对较差, 在500℃时Ta10W合金就会出现“pest”氧化现象, 温度越高, 氧化越剧烈, 直至完全“粉化”破坏。采用1500℃～1600℃, 保温10min～30min的料浆熔烧工艺, 在合金表面制备具有良好热稳定性和高温抗氧化性的硅化物涂层, 涂层可以保护合金基体不受高温腐蚀或减缓腐蚀速率, 保持合金基体成分不变, 可以保留室温下基材强度不低于原基材强度的90%, 延伸率不低于10%。通过观察分析, 发现合金表面硅化物涂层静态抗氧化失效是由于涂层不断氧化脱落造成, 热震抗氧化失效是由于涂层与基材之间的热膨胀系数差异形成细微裂纹导致。涂层与基材之间的热膨胀系数越接近, 涂层的抗热震性能越优异。

关键词：钽十钨 (Ta10W) 合金,高温抗氧化涂层,静态,热震,失效

参考文献

[1]吴孟海, 李树清, 许德美, 等.Ta10W合金的高温力学性能.稀有金属材料与工程.2006, 1:16.

[2]李美栓.金属的高温腐蚀.冶金工业出版社, 2001.