陳祥

摘要：本文研究了不同脈沖磁場(chǎng)頻率對(duì)Al-25%Si合金初生硅形貌尺寸及力學(xué)性能的影響，并對(duì)初生硅的形核與長(zhǎng)大進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。結(jié)果表明：隨著脈沖磁場(chǎng)頻率的不斷增大，初生硅平均尺寸不斷增大，Al-25%Si合金的布氏硬度隨著初生硅的尺寸增大而減小，當(dāng)脈沖頻率為20Hz時(shí)初生硅的平均尺寸最小，且強(qiáng)化效果最佳布氏硬度為59.6HBW。

關(guān)鍵詞：脈沖磁場(chǎng);頻率;初生硅

0? 引言

高硅鋁硅合金具有優(yōu)良的耐磨性、低密度以及低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)等發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、氣缸蓋等[1，2]。未做處理的鑄造高硅鋁硅合金，由于冷卻速度慢導(dǎo)致凝固組織中存在粗大的塊狀或板條狀的初生硅和針狀的共晶硅組織，使其力學(xué)性能惡化。添加孕育劑或者變質(zhì)劑，變質(zhì)處理應(yīng)用最多的改善過(guò)共晶鋁硅合金微觀組織和性能的方法，但是當(dāng)硅含量過(guò)高時(shí)，變質(zhì)處理已經(jīng)無(wú)法從根本上消除硅相的不利影響。而利用脈沖磁場(chǎng)對(duì)凝固過(guò)程進(jìn)行控制，可以在不改變合金原有合金成分條件下的條件下達(dá)到細(xì)化組織增強(qiáng)合金力學(xué)性能的效果，而且脈沖磁場(chǎng)具有輸出峰值高、多參數(shù)可調(diào)節(jié)、無(wú)污染、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。因此研究脈沖磁場(chǎng)對(duì)合金凝固過(guò)程的影響機(jī)理，對(duì)推進(jìn)該技術(shù)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)具有一定的意義。脈沖磁場(chǎng)強(qiáng)度不但與時(shí)間變化有關(guān)，并且突然發(fā)生、突然消失，在下一次脈沖出現(xiàn)之前，常有個(gè)間歇時(shí)間，這個(gè)間歇時(shí)間的長(zhǎng)短與脈沖頻率有關(guān)，頻率低、脈沖寬度小，則每個(gè)間歇時(shí)間長(zhǎng)。它是用間歇振蕩器產(chǎn)生間歇脈沖電流，將這種電流通入電磁鐵的線圈，即可產(chǎn)生各種形態(tài)的脈沖磁場(chǎng)。本文研究了不同工藝外加脈沖磁場(chǎng)對(duì)Al-25%Si合金組織及性能的影響，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行分析。

1? 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)所用材料為Al-25%Si中間合金。合金熔煉時(shí)，每次將稱(chēng)量的600gAl-25%Si合金放入石墨坩堝內(nèi)并放入井式熔煉爐內(nèi)加熱到800℃進(jìn)行熔煉，保溫30min待合金完全熔化后加入六氯乙烷除氣，在800℃保溫15min，然后扒渣將表面氧化渣撈出，攪拌均勻后澆注到已經(jīng)預(yù)熱好？準(zhǔn)50×80mm的石墨坩堝內(nèi)，并在坩堝上方施加磁場(chǎng)，同時(shí)立即啟動(dòng)脈沖裝置直至合金完全凝固，室溫條件冷卻一段時(shí)間后取出鑄錠。

2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

如圖1所示未加磁場(chǎng)處理的Al-25%Si合金出現(xiàn)粗大的板條狀、五瓣花狀的初生硅顆粒，經(jīng)過(guò)外加磁場(chǎng)輔助處理的Al-25%Si合金隨著脈沖磁場(chǎng)頻率的增大初生硅顆粒的尺寸不斷增大，由細(xì)小的較為圓整的顆粒狀初生硅不斷演變?yōu)榘鍡l狀、多瓣?duì)畹却箢w粒的初生硅。頻率為20Hz時(shí)初生硅尺寸最小，且形狀最為圓整。施加脈沖磁場(chǎng)通過(guò)增大過(guò)冷度增大初生硅相變驅(qū)動(dòng)力[3]，進(jìn)而減小初生硅形核尺寸。增大頻率縮短了間隙時(shí)長(zhǎng)，增加了脈沖磁場(chǎng)處理時(shí)間，進(jìn)而使得初生硅出現(xiàn)粗化現(xiàn)象。一方面由于處理時(shí)間的增加，即增加了初生硅長(zhǎng)大粗化時(shí)間增大初生硅的尺寸;另一方面由于脈沖磁場(chǎng)震蕩作用，初生硅在磁場(chǎng)力的作用下發(fā)生遷移，增大了初生硅之間相互碰撞幾率，初生硅相互碰撞融合為一體，增大了初生硅的尺寸，因此隨著頻率的增大初生硅的尺寸不斷增大。

由圖2可知經(jīng)過(guò)脈沖磁場(chǎng)輔助鑄造Al-25%Si合金的布氏硬度明顯高于未處理的Al-25%Si合金，當(dāng)脈沖頻率為20Hz時(shí)強(qiáng)化效果最佳，隨著脈沖頻率的增大布氏硬度不斷減小。

3? 結(jié)論

結(jié)果表明：脈沖磁場(chǎng)震蕩對(duì)Al-25%Si合金微觀組織有一定的影響作用，且隨著頻率的增大初生硅的尺寸越大，當(dāng)頻率為20Hz時(shí)初生硅的平均尺寸最小，且布氏硬度最大性能最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1]張磊，楊濱.熱等靜壓對(duì)電子封裝60wt%Si-Al合金組織與性能的影響[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2010（04）：122-125.

[2]Kapranos P ， Kirkwood D H ， Atkinson H V ， et al. Thixoforming of an automotive part in A390 hypereutectic Al–Si alloy[J]. Journal of Materials Processing Technology， 2003， 135（2-3）：271-277.

[3]鄢紅春，何冠虎.脈沖電流對(duì)Sn—Pb合金凝固組織的影響[J].金屬學(xué)報(bào)，1997，33（4）：352-358.