镁对过共晶铝铁合金组织形貌的影响

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1、镁对过共晶铝铁合金组织形貌地影响王正军 刘莲香摘 要针对普通熔铸条件下过共晶 Al-Fe 合金初生富铁相严重割裂基体 .恶化合金性能地问题，采用元素Mg对过共晶Al- 5%Fe合金进行变质细化处理，Mg以AI-10%Mg中间合金形 式加入 .借助光学显微镜等分析了Al-10%Mg 中间合金晶粒细化剂加入量和熔体保温时间对过共晶 Al-5%Fe 合金微观组织形貌及性能地影响.试验表明：在过共晶 Al-5%Fe 合金中加入Al-10%Mg 中间合金细化剂 ，当加入量为 1 .2%.保温时间 90 min 时，细化效果较好 ，Al-5%Fe 合 金中初生 A13Fe 相由未添加细化剂时地粗大板条状变

2、为花朵状和颗粒状，并且尺寸明显减小 ，从而显著提高材料地强度和塑性 .关键词 Al-10%Mg 中间合金；变质细化处理；过共晶铝铁合金近年来有色金属一直以质轻.延展性好等特点广泛应用于各个工业领域.尤其是铝合金地应用最为引人注目 .铝具有质轻 ，耐蚀性良好 ，比强度高 ，有一定地延展性 ，外表美观 ，加工成型 性好 ，可焊接等优点 .加入其他合金元素制成铝合金后，不仅能够保留纯铝地优点，而且各种性能还在很大程度上得到提高.对于铝合金家族中地铝铁合金，由铁和铝形成地金属间化合物A13Fe 具有许多优良地性能 ，如富铁相具有其独特地耐热 .耐磨和抗硫化腐蚀优点 ，并且 Al-Fe 合金保持了铝合金

3、密度小地特点，这些特点使得 Al-Fe 合金能适应航天器件对材料性能地要求.此外,AI和Fe是地壳中储量最为丰富地两种金属元素，也是工业中最常用地原料，来源广,价格便宜 ，若能用铝铁合金代替目前在工业中所应用地铁合金，将会大大降低生产成本 .由于 AI-Fe 合金有着十分诱人地发展前景 ，故受到了国内外地高度重视从20 世纪 70 年代开始 ，人们就把 AI-Fe 合金作为单独地一个合金系进行研究，将其作为一种工程结构材料应用于工业生产实际中 .AI-Fe 合金虽然具有许多优点 ，但铁在铝中地固溶度很低 ， 一旦超过固溶度极限 ，便在铸造铝合金中与铝及其它元素化合 ，形成质脆地针状或板片状铁相

4、 一方面 ，割裂基体 ，使用过程中会在针状富铁相尖端前沿造成应力集中，大大降低铝合金地强度，严重降低合金地力学性能； 另一方面 ，粗大地针状相在凝固早期形成，阻碍了液体金属在补缩通道地流动 ，造成铸造缺陷 .以上两个原因很大程度上限制了该类合金地发展 .改善过共晶Al-Fe合金中富铁相地大小形态及分布，可以充分提高Fe在AI中地优良作 用 .要发展 AI-Fe 合金 ，使 AI-Fe 合金成为一种具有实用价值地结构材料 ，必须找到控制和细化 铁相地有效方法 ，尽可能地减轻或消除铁相对铝基体地不良影响因此，控制和改善富铁相地形态 ，提高合金地力学性能是发展A1-Fe 合金地关键 研究表明：微量镁

5、可使铝中富铁杂质相由粗大针状或针片状变为细小地团球状或短棒状，且分布较均匀 本文研究了镁对过共晶 AI-5%Fe 合金组织形态地影响 由于镁元素化学性质较活泼易氧化，烧损严重 ，故一般均以中间合金地形式加入 ，铝镁中间合金中以 AI-10%Mg 中间合金使用地最多 1 试验1.1 试验材料试验用Al-Fe二元合金 AI-5%Fe（质量分数，,下同）由AI-10%Fe或AI-15%Fe中间合金， 按铸锭成形后 Fe 地质量分数为 5%加入相应地工业纯铝配置而成； 试验用 Mg 为保证成分均 匀以及减少烧损率 ，以 AI-10Mg 中间合金形式加入 1.2 试验方法121 熔炼过程根据二元Al-F

6、e合金平衡相图（图 1）,经计算配料后，将铝锭和AI-15%Fe中间合金同 时加入石墨坩埚中，升温至900 C,上面撒上一层干燥地覆盖剂 当铝锭和AI-15%Fe中间合金 全部熔化后，把AI-10%Mg中间合金料放置在石墨制地有孔地钟罩中，然后一起放入合金液内钟罩放置在坩埚中部，待前一块 AI-10%Mg中间合金料熔化后 保温,再加入第二块，直到所有 AI-10%Mg中间合金料全部熔化将合金液升温至 950 C,静置保温2025 min,每8 min搅拌 一次,最后一次搅拌后进行初次扒渣用炉料总重量地0.3%0.5%除气剂.除渣剂精炼合金液除气除渣.58 min后再进行二次扒渣，之后将合金液浇

7、入金属锭模中，获得尺寸为30 mm X100 mm地试棒.20110I40U1卫101.1080()18UOJ二元21、合金平衡相图1.2.2 金相制备过程浇铸后地铸锭冷却后取模，除去表面地飞边毛刺后从中间锯开.试样需打磨倒角处理，经金相砂纸粗磨.细磨后，再在型号为P-2型.抛盘直径为200 mm金相试样抛光机上进行粗抛和 精抛.抛光后地试样用浓度为0.5%地HF水溶液腐蚀后，在光显微镜下观察分析试样地金相组织,检验细化效果2试验结果与分析试验重点研究了 AI-10%Mg中间合金不同添加量对过共晶AI-5%Fe合金地组织形态变化规律地影响，以及AI-10%Mg中间合金细化地长效性.图2是AI-

8、10%Mg中间合金加入量对 AI-5%Fe合金中初生 A13Fe相地影响未加入 AI-10%Mg 中间合金时，合金中地初生 A13Fe 相地形貌大多为典型地粗大针状和针片状，少量为不规则地花朵状，如图2a所示；加入量为02%时，初生A13Fe发生了一些变化，主干还是较为发达地针状，细化效果不明显，但针状地末 端已变尖变细，出现了分枝,在粗大地针状相之间，存在许多相对较小地分枝富铁相，如图2b所示；加入量达到 0.6%时,初生A13Fe相地形貌发生了显著改变，生长尖端地分枝增多，以花朵 状.短棒状为主，尺寸相对较小，分布也比较均匀，如图c所示；进一步增加 Mg地含量，当加入 量达到0.8%时,分

9、枝现象加剧，在一次分枝上还出现了二次分枝，呈现典型地树状，组织中出现花朵状初生A13Fe相，如图2d所示；当加入量为1.2%时，初生A13Fe相地形状发生了明显不 同于前三者地变化，富铁相地分枝消失，长成了较为短小地针状或者是不规则地块状，极个别长成板片状，如图2e所示；加入量为1.5%时，初生A13Fe相地尺寸明显增大，以针片状和不规 则地花朵状为主，这主要是由于 Mg地富集，抑制了 A13Fe沿择优取向长大，使 A13Fe相地尺 寸增大，如图2f 所示.图3为在Al-5%Fe合金中加入1.2%地Al-10%Mg中间合金细化剂，不同保温时间合金 中地初生A13Fe相地形态分布.当保温45 m

10、in时，初生A13Fe相主要以长针状形式存在于基 体上，同时含有尺寸较大地不规则花朵状组织，如图3a所示；当保温时间为 60 min时相比较来看，经过60 min地保温,通过原子地溶解扩散，针状和针片状组织变得细小，初生A13Fe相主要为花朵状，但尺寸形态不一，分布也不均匀，如图3b所示；延长保温时间至90 min时，初生A13Fe相为粗大地不规则花朵状形貌和颗粒状，如图3中c所示.时间进一步延长，组织变化更加显著，针状几乎全部转变为规则地块状和粒状导致这种变化地原因可能是针状尖角处表面能比较大，容易扩散和溶解.试验结果表明，随着时间地进一步延长，出现地A13Fe偏聚沉淀烧损等现象会明显降低

11、其细化效果然而，当保温时间达120 min时,仍有一定地细化效果，也就是说，Al-10%Mg中间合 金细化有效时间较长，能适应大量连续生产需要，尤其对低压铸造压力釜铸造和差压铸造等 新工艺相适应，是一种良好地长效细化剂.kJ12【3囤渺 xM145mirkhOimn9thnirii图3 Al-5Kf合金中加人含量为L2%Al-10%Mg中间合金不同保温时间的铸态组织图2加人不同含量Mf?中间台金的A-5C4Fr合金铸态组织3 结论参考文献(1)铝与过渡金属元素铁形成地A13Fe金属间化合物具有极佳地耐热耐磨和抗腐蚀性能并且Al-Fe合金依旧保持了 Al合金密度小地特点，这些特点使得 Al-Fe

12、合金能适应航天器件对材料性能地要求(2) 微量镁可使铝中富铁杂质相由粗大针状或针片状变为细小地团球状或短棒状均匀，从而明显提高材料地强度和塑性(3) 在过共晶Al-5%Fe合金中加入AI-1O%Mg中间合金细化剂，当加入量为 为90min时，细化效果仍较好.仃1川1-1曲 毗中间合金肖血毎，且分布较1.2%.保温时间 r.M JOi金为 12%(0 V L0f.仏中I民台金T 5王正军.AI-10Ce中间合金制备及对a -Al地变质效果J.有色金属，2008, (3): 44-47.王正军.Al-10Ce中间合金对ZL102共晶Al-Si合金地变质研究J.中国有色冶金，2009, ( 2):

13、59-62.王正军.Al-10Ce中间合金制备及对a -Al地变质长效性和重熔性地影响J.轻合金加工技术，2008,36(5)：18-22.4 向青春，王静媛，周振平等.铝铁合金地研究进展与应用状况J.铸造,2006,55 ( 9): 875-879.5 陈锋何德坪，舒光冀.超声作用下 Al-Fe合金化机制及 Al-Fe合金地制备J.东大学学报，1993,23(5):58-62. 赵玉华,张 利,黄震威,等.钇对过共晶铝铁合金组织形貌地影响J.铸造技术,2006,27(11): 1214-1216.7 谭敦强,黎文献，唐谊平.Al - Fe系合金中地相及相转变J.材料导报,2003,17(5)

14、: 18-20.8 周振平，李荣德，马建超等.Mg对初生A13Fe形貌及其生长过程地影响J.热加工工艺,2004,(5): 15-17.9 蒙尔多福，王祝堂，张振录等.铝合金地组织和性能M.北京:冶金工业出版社,1988.Effect of mag nesium hypereutectic alumi num alloy microstructureWang Zhengjun Liu Lia nxia ngAbstract:For ordinary smelting conditions a eutectic Al-Fe alloy primary iron rich in serious l

15、acerate substrate, the performance deterioration alloy, and the eleme nt Mg-the eutectic AI-5% Fe alloys metamorphic refi ning process ing. Mg to Al-10% Mg alloy form among to join. With optical microscope, analyzes the Al-10% Mg alloy among the grains will be refined addition amount and melt age nt heat preservati on time-the eutectic Al-5% Fe alloy microstructure morphology and properties of the in flue nce. Experime nt shows t