过共晶铝硅合金的纯铜质蛇形通道复合处理组织形成和性能控制

Hypereutectic aluminum silicon alloys with 16% silicon through 30% silicon are selected as the experimental materials. The fining of the primary silicon grains and the modification of eutectic silicon in the hypereutectic aluminum silicon alloy made through a copper serpentine channel complex processing, the mutual effect of the fining for primary silicon and modification for eutectic silicon, and the rheo-casting process and properties will be systematically researched so that the inner relation between the copper serpentine channel complex processing, the rheo-casting process and properties of the alloys will be decided. The general theory of the microstructure formation and the mechanical property effects of the hypereutectic aluminum silicon alloy made through a copper serpentine channel complex processing will be established in the end. The general theory will provide a support for the development of practical technologies to manufacture high wear resistant castings of hypereutectic aluminum alloy, for example pistons and incline plates. The increasing quality of hypereutectic aluminum silicon alloy parts for automobile, motorcycle and so on will be met. Therefore, the completion of this applied project will have great value for materials science and good prospects for application.

以硅含量为16%30%的过共晶铝硅合金为研究对象，深入研究纯铜质蛇形通道复合处理过共晶铝硅合金时初生硅细化和共晶硅化学变质的影响规律、初生硅细化与共晶硅变质的相互作用、过共晶铝硅合金的流变铸造成形性与组织性能，确立过共晶铝硅合金的纯铜质蛇形通道的复合处理、流变铸造成形和组织性能之间的内在关系，建立过共晶铝硅合金的纯铜质蛇形通道的复合处理组织形成与性能影响的基本理论框架，为我国过共晶铝硅合金优质耐磨铸件（如活塞、斜盘等）的生产技术研究和升级提供必要的理论支持，以满足汽车摩托车行业对过共晶铝硅合金耐磨零件的不断提高的性能要求。因此，本项目的实施具有重要的科学价值和良好的应用前景。

目前，针对16%25%Si的过共晶铝硅合金，需要加入P/S来充分细化初生硅，但无法同时有效变质共晶硅，因此同时充分细化初生硅和有效变质共晶硅一直成为业界渴望攻克的世界性技术难题。为此，本项目试图利用纯铜质蛇形通道和Sr/Sb复合处理来解决这个难题，并开展了如下研究：（1）初生硅细化过程及控制规律，（2）共晶硅变质与初生硅细化的相互作用，（3）过共晶铝硅合金的流变成形性，（4）过共晶铝硅合金铸件的性能。通过研究，取得如下重要结果和关键参数：（1）采用纯铜质蛇形通道和Sr/Sb复合处理，A390、Al-24%Si、Al-28%Si合金的初生硅可分别细化到19.7、28.6、37.8微米，同时共晶硅变质为纤维状，Sr、Sb的最佳加入量分别为0.01%0.03%、0.2%0.3%。（2）添加Sr的流变压铸A390铝合金试样的铸态抗拉强度为258MPa，比未添加Sr的试样提高了23%；添加Sb的流变压铸A390铝合金试样的铸态抗拉强度为257MPa，比未添加Sb的试样分别提高了24%；T6处理的Al-22%Si-4.5Cu-0.6Mg合金流变压铸试样的抗拉强度为275.8MPa，比未添加Sr的试样提高了47%；T6处理的Al-27%Si-4.5Cu-0.6Mg合金流变压铸试样的抗拉强度为254.7MPa，比未添加Sr的试样提高了24%。（3）同时经过细化和变质的A390、Al-22%Si-4.5Cu-0.6Mg、Al-27%Si-4.5Cu-0.6Mg合金提高了流变压铸试样的耐磨性。（4）Sr变质后的A390等合金的流变压铸试样的线膨胀系数有所下降。（5）Sr/Sb变质后的Al-28%Si合金的流变压铸试样的热扩散系数皆小幅下降。本项目研究结果为金属材料学科的新材料制备与控制提供了新的理论知识。