過共晶Al-Si合金P吸收率的影響因素

胡愷琪，蔣 偉，朱向鎮(zhèn)，張 茜，孫謙謙，劉相法

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過共晶Al-Si合金P吸收率的影響因素

胡愷琪1，蔣 偉1，朱向鎮(zhèn)1，張 茜1，孫謙謙2，劉相法1

(1. 山東大學(xué) 材料液固結(jié)構(gòu)演變與加工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250061；2. 山東大學(xué) 山東呂美熔體技術(shù)有限公司，濟(jì)南 250061)

采用含P中間合金細(xì)化過共晶鋁硅合金時(shí)，P吸收率是影響合金最終P殘留量和Si細(xì)化效果的關(guān)鍵因素。研究P吸收率與中間合金種類、熔煉工藝參數(shù)以及耦合添加外來微米粒子的相關(guān)性，并分析其與AlP相在熔體中演變行為的內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)果表明：熔煉工藝相同時(shí)，5種中間合金的吸收率有一定差異，桿狀A(yù)l-3P的P吸收率最高，可達(dá)80%；而Cu-14P的最低，僅為13%。隨著熔體溫度升高，P吸收率顯著提高；隨著保溫時(shí)間延長，P吸收率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；保溫90 min時(shí)，P吸收率達(dá)到極大值；隨著加入量增加，P吸收率呈現(xiàn)不斷下降趨勢。此外，在鋁合金熔體中引入與AlP有結(jié)構(gòu)匹配關(guān)系的TiB2、TiC等微米粒子，可與未溶解之AlP耦合在一起，起到固定AlP粒子的作用，顯著提高P吸收率。

Al-Si合金；初晶Si；P吸收率；工藝參數(shù)；晶粒細(xì)化

過共晶Al-Si系多元合金因具有鑄造性能好、密度低、熱膨脹系數(shù)小、體積穩(wěn)定性和耐磨性好等優(yōu) 點(diǎn)[1?4]，近年來已大規(guī)模用于汽缸、活塞等發(fā)動(dòng)機(jī)配件的制造。但普通凝固條件下，初晶Si相往往長成粗大的板條、五瓣星[5?6]等形貌，具有銳利的棱角，容易割裂基體，導(dǎo)致合金力學(xué)性能下降[7]，從而限制了其應(yīng)用范圍。因此，必須對初晶Si相進(jìn)行細(xì)化處理。目前，含P中間合金以其便捷、高效和環(huán)保的優(yōu)勢被廣泛使用[8?9]。工廠實(shí)踐[10]發(fā)現(xiàn)，Al-Si合金熔體處理前后的P吸收率與細(xì)化效果之間存在正相關(guān)性，即在P加入量相同的條件下，合金中最終的P殘留量越多，表明熔體對其吸收越充分，可發(fā)揮形核襯底作用的AlP數(shù)目越多，細(xì)化效果越好。然而實(shí)際生產(chǎn)中，由于受到復(fù)雜熔體環(huán)境及具體操作的影響，如保溫過程中溫度的大幅度波動(dòng)，使得各爐次之間P吸收率起伏較大，不利于工藝參數(shù)和細(xì)化效果的穩(wěn)定化調(diào)控。因此，研究過共晶Al-Si系合金中P吸收率的影響因素及其規(guī)律對指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

合金中最終的P殘留量主要包括熔體中溶解的P以及發(fā)揮形核作用的AlP相中的P元素。若中間合金本身溶解較慢，或處理工藝不當(dāng)影響其溶解過程而使熔體中存在較大尺寸的AlP顆粒時(shí)，AlP顆粒傾向于吸附在氧化鋁薄膜[11]或固態(tài)夾渣上，精煉過程中容易被帶出熔體，使得P吸收率降低。目前，過共晶Al-Si合金細(xì)化處理工藝方面的研究[12?14]主要集中于對初晶Si的影響，還未建立諸因素與P吸收率之間的相關(guān)性，因此爐前處理工藝缺乏理論和技術(shù)的支持，還不很完善。常用的含P中間合金包括Al-P系和Cu-P系合金，彼此之間P吸收率差異的研究也鮮有報(bào)道。此外，根據(jù)YU等[15]的研究，TiB2、TiC等與AlP晶體的晶格錯(cuò)配度較小，當(dāng)與Al-P中間合金共同加入熔體時(shí)，會(huì)在凝固過程中與AlP相耦合析出，促進(jìn)其發(fā)揮細(xì)化作用。本文作者研究含P中間合金種類和工藝參數(shù)對P吸收率的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出通過外加微米粒子改善P吸收率的新工藝。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

用純度為99.85%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的工業(yè)純鋁、99.99%的結(jié)晶硅配制Al-18Si(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)合金，試驗(yàn)所需桿狀A(yù)l-3P，錠狀A(yù)l-12.5Si-5P、Al-9Cu-5P、Al-1.5Fe-5P(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)，塊狀Cu-14P中間合金均由山東呂美熔體技術(shù)有限公司提供，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 不同中間合金的化學(xué)成分

1.2 實(shí)驗(yàn)過程及方法

1) 研究中間合金種類對P吸收率的影響：在中頻爐中熔化Al-18Si合金，780 ℃時(shí)以不同種類含P中間合金的形式加入1.5×10?4P(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，攪拌均勻，并調(diào)整功率使其在780 ℃(溫度波動(dòng)為±5 ℃)下保溫20 min，之后分別澆注到KBI環(huán)模中。

2) 選取P吸收率最高的一種中間合金，研究細(xì)化工藝參數(shù)對P吸收率的影響：在中頻爐中熔化Al-18Si合金，待其過熱至800 ℃后轉(zhuǎn)移至電阻爐中進(jìn)行細(xì)化處理，分別改變?nèi)垠w溫度、P加入量和保溫時(shí)間等工藝參數(shù)(具體工藝參數(shù)見表2)，最后分別澆注到KBI環(huán)模中。

3) 研究添加微米粒子對P吸收率的影響：在中頻爐中熔化Al-18Si合金，待其過熱至800 ℃后轉(zhuǎn)移至電阻爐中在780 ℃進(jìn)行保溫，當(dāng)溫度穩(wěn)定后，加入0.5%的桿狀A(yù)l-3P中間合金進(jìn)行細(xì)化處理，保溫25 min后分別加入0.4% Al-5Ti-1B、0.5%Al-5Ti-0.8B- 0.2C和0.2%Al-5Ti-0.3C-0.2B中間合金，繼續(xù)保溫至30 min和60 min，最后分別澆注到KBI環(huán)模中。

對以上所有澆注在KBI環(huán)模中的試樣進(jìn)行車削處理，使其表面平整、光潔，利用SPECTROMAXx光電直讀光譜儀測定細(xì)化前后試樣中的P元素含量，根據(jù)式(1)計(jì)算P吸收率：

式中：P表示熔體處理前后P元素的吸收率；PF表示最終合金錠中P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；PI表示初始熔體中P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；PA表示添加的P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表2 細(xì)化處理工藝參數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 中間合金種類的影響

圖1(a)~(e)所示依次為Al-3P、Al-12.5Si-5P、Al-9Cu-5P、Al-1.5Fe-5P及Cu-14P中間合金的金相組織。從圖1(a)~(d)可以看出，Al-P系中間合金的組織特征為鋁基體上分布著不同形貌和尺寸的AlP相，其中，Al-3P中AlP相呈現(xiàn)顆粒狀，平均尺寸最小，約10 μm，而且分布較為彌散；Al-12.5Si-5P、Al-9Cu-5P和Al-1.5Fe-5P合金組織中包括(Al)基體、共晶組織和AlP相，其中AlP相皆呈現(xiàn)為短棒狀和塊狀，平均尺寸為40~50 μm，有輕微的聚集現(xiàn)象，分別如圖1(b)~(d)所示；而Cu-14P合金組織則由單一的Cu3P相組成，如圖1(e)所示。圖1(f)所示為采用不同中間合金細(xì)化Al-18Si合金時(shí)P的吸收量和吸收率，P的加入量均為1.5×10?4。對比各組數(shù)值可以看出，P的添加量一定時(shí)，Al-3P中間合金的P元素被熔體吸收的含量最大，故吸收率也最高，達(dá)80%，Al-12.5Si-5P的次之，為72%，其次是Al-9Cu-5P和Al-1.5Fe-5P，而Cu-14P的P吸收率最低，僅13%。

Al-P系中間合金加入Al-Si熔體中后，其中的AlP相直接發(fā)生破碎、溶解，其反應(yīng)式如下：

AlP(s)→Al(l)+[P] (2)

在熔體中，以AlP顆粒(特別是顆粒團(tuán))形式存在時(shí)，隨時(shí)可能被型壁或夾雜物等外來界面吸附而脫離Al-Si熔體；溶解態(tài)的P則可認(rèn)為是被熔體完全“吸收”，并在隨后的凝固過程中以AlP晶體的形式析出并發(fā)揮其對初晶Si的形核與細(xì)化作用[16]。

中間合金組織中AlP相的形貌、尺寸和分布對其在鋁熔體中的溶解行為起著至關(guān)重要的作用，故對吸收率影響較大。結(jié)合圖1(a)~(e)中的金相組織分析可知，Al-3P合金中AlP相細(xì)小而彌散，在熔體中容易分散得較均勻，溶解速度快，偏聚成大顆粒被氧化夾雜帶出去的可能性小，故吸收率數(shù)值最高。Al-12.5Si-5P、Al-9Cu-5P和Al-1.5Fe-5P合金中AlP相尺寸均較粗大，且有輕微聚集，在熔體中溶解反應(yīng)不完全，因而吸收率低于Al-3P合金的。其中，由于Al-12.5Si-5P中間合金與Al-Si熔體局部的潤濕狀況優(yōu)于Al-9Cu-5P和Al-1.5Fe-5P合金的，故吸收率稍高于后兩者的。而Cu-14P組織中是Cu3P單相，其加入熔體及在隨后的凝固過程中，先發(fā)生如下反應(yīng)：

Cu3P(s)+Al(l)→3[Cu]+AlP(s) (3)

生成的AlP相在凝固時(shí)作為初晶Si的異質(zhì)形核襯底發(fā)揮細(xì)化作用。而該反應(yīng)的發(fā)生需要滿足一定的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，即需要較高的溫度和較長的保溫時(shí)間方能進(jìn)行到底[17?19]。此外，由于Cu-14P合金本身密度大，加入后容易偏析在熔體底部，再加上P的部分燒損，使其吸收率較低。

圖2(a)~(f)所示依次為未細(xì)化和分別以Al-3P、Al-12.5Si-5P、Al-9Cu-5P、Al-1.5Fe-5P及Cu-14P中間合金的形式加入1.5×10?4P細(xì)化處理后的Al-18Si合金的金相組織。對比圖2(a)中未細(xì)化組織可以明顯看出，采用含P中間合金細(xì)化后，各組的初晶Si平均尺寸均有所下降，通過Image Pro Plus軟件統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，其數(shù)值從83.9 μm分別降低至33.8、37.3、39.5、43.0和49.1 μm。顯然 Al-3P的細(xì)化效果最好，基體上初晶Si相細(xì)小而彌散分布，如圖1(b)所示，Al-12.5Si-5P、Al-9Cu-5P和Al-1.5Fe-5P中間合金的細(xì)化效果次之，初晶Si相尺寸顯著減小，但出現(xiàn)輕微偏聚現(xiàn)象，如圖1(c)~(e)所示；而Cu-14P的細(xì)化效果較差，不僅Si相平均尺寸較大，形貌仍不規(guī)則，而且偏聚明顯，如圖1(f)所示，楊子潤等[20]也發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象，這與Cu-14P合金加入Al-18Si合金熔體后原位反應(yīng)生成的AlP相無法快速彌散均勻有緊密的聯(lián)系。這一規(guī)律與上述不同種類中間合金P吸收率數(shù)值的變化趨勢一致，充分證明了細(xì)化效果與P吸收率之間存在正相關(guān)關(guān)系。

圖1 含P中間合金的金相組織及相應(yīng)的P吸收量和吸收率

圖2 含P中間合金細(xì)化后Al-18Si合金的金相組織

2.2 工藝參數(shù)的影響

本文作者選取上述5種中間合金中P吸收率最高的桿狀A(yù)l-3P中間合金進(jìn)行試驗(yàn)，每次只改變單個(gè)工藝因素，保持其余處理?xiàng)l件均相同，觀察P吸收率的變化規(guī)律。

1) 熔體溫度

圖3中3條折線分別顯示了加入2.5×10?4P，保溫30 min時(shí)，P吸收量、吸收率及P在Al-18Si熔體中的平衡溶解度隨熔體溫度的變化曲線。從圖3中可以看出，隨著溫度的升高，P吸收量和吸收率呈明顯上升趨勢。

圖3 P吸收量、吸收率及P在Al-18Si熔體中的平衡溶解度隨熔體溫度的變化曲線

根據(jù)LESCUYER等[21]利用控溫過濾儀器研究的Al-Si熔體中P的溶解度隨溫度變化的曲線，可以看出，P在Al-Si熔體中的溶解度十分有限，為10?5數(shù)量級。其溶解度的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中：p為溶解P的摩爾分?jǐn)?shù)；為Al-Si熔體的溫度(K)。由上式計(jì)算可得對應(yīng)試驗(yàn)溫度下P的平衡溶解度，如圖3中紅色線條所示?？梢钥闯?，P的平衡溶解度隨著溫度升高而逐漸升高，與P吸收率隨熔體溫度的變化表現(xiàn)出一致的規(guī)律。

當(dāng)Al-P系中間合金加入Al-Si熔體后，組織中的AlP相在化學(xué)勢的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)持續(xù)進(jìn)行破碎、溶解反應(yīng)，形成Al-P團(tuán)簇[11]，當(dāng)P在Al-Si熔體中的溶解度到達(dá)該熔體溫度下的極限值時(shí)，又會(huì)以AlP的形式原位析出，從而保持溶解析出動(dòng)力學(xué)平衡。當(dāng)溫度上升時(shí)，P溶解度迅速增大；同時(shí)溫度升高，使得AlP粒子的溶解反應(yīng)加快，更多的P原子被熔體“吸收”。因此，升高溫度能夠大幅度提高P吸收率。如圖3中紫色線條所示，730 ℃時(shí)的P吸收率僅為7%，960 ℃時(shí)P吸收率可高達(dá)90%。

2) 保溫時(shí)間

圖4所示為熔體溫度為780 ℃、P的加入量為 0.3×10?4時(shí)，P吸收率隨保溫時(shí)間的變化曲線。由圖4可以看出，隨著保溫時(shí)間的延長，P吸收率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，保溫90 min時(shí)達(dá)到極大值。這是由于AlP相的溶解反應(yīng)在一定保溫時(shí)間內(nèi)不斷進(jìn)行，使得P溶解量逐漸增加，而超過臨界保溫時(shí)間90 min后，P 的燒損增加，使得熔體中的P元素減少，吸收率下降，ZHU[9]和龔啟良[12]在保溫過程中實(shí)時(shí)測定的P含量的變化規(guī)律也充分論證了這一觀點(diǎn)。

圖4 P吸收量和吸收率隨保溫時(shí)間的變化曲線

3) 加入量

圖5所示為在780 ℃下保溫90 min時(shí)P吸收量和吸收率隨P加入量的變化曲線。由圖5可以看出，隨著加入量的增加，熔體對P的吸收量逐漸增加，P吸收率則呈不斷下降趨勢。這是由于熔體溫度和保溫時(shí)間一定時(shí)，熔體中可溶解的P量是一定的，加入量越大，未溶解的固態(tài)AlP顆粒越多。凝固過程中重新析出的AlP傾向于以此類顆粒為襯底，形成較大尺寸的AlP相，而AlP粒子本身具有強(qiáng)的吸附性[11]，容易吸附在氧化膜上，精煉時(shí)被帶出熔體，使得熔體損失的P含量增加，故當(dāng)P加入量超出其在Al-Si熔體中的溶解度極限時(shí)，加入量越大，P吸收率越低。

圖5 P吸收量和吸收率隨P添加量的變化曲線

2.3 外來微米粒子的影響

實(shí)際生產(chǎn)中由于成本和效率的制約，只能通過工藝條件的優(yōu)化來最大限度地提高P在合金熔體中的殘留量。課題組前期的研究[15, 22]發(fā)現(xiàn)，TiB2、TiC等與AlP相的晶體結(jié)構(gòu)有良好的匹配性，當(dāng)與Al-P中間合金共同加入熔體時(shí)，能夠在最終凝固組織中觀察到AlP包裹著TiB2或TiC，作為該微米粒子的過渡相，分布于初晶Si核心的現(xiàn)象。本研究即通過TiB2和TiC等微米粒子與AlP相的耦合作用起到固定AlP顆粒的作用，從而促進(jìn)熔體對P的吸收。

圖6(a)和(b)所示分別為Al-5Ti-1B中間合金的SEM像。從低倍組織中可以發(fā)現(xiàn)，塊狀的TiAl3相及大量的顆粒狀TiB2相分布在(Al)基體上，高倍組織觀察可以發(fā)現(xiàn)TiB2粒子平均尺寸在1 μm左右。圖6(c)、(d)、(e)和(f)所示分別為Al-5Ti-0.8B-0.2C和Al-5Ti-0.3C-0.2B中間合金的SEM像，其中，從低倍組織中可以看到板條狀TiA13相和尺寸不一的摻雜型TiC和TiB2粒子，并且Al-5Ti-0.8B-0.2C合金中粒子數(shù)目多于Al-5Ti-0.3C-0.2B合金。高倍組織中呈較規(guī)則板片狀的是TiB2相，尺寸在1~3 μm之間，形貌較為圓整的為TiC相，尺寸在0.1~1 μm之間。

圖7所示為單獨(dú)加入0.5%Al-3P中間合金和復(fù)合加入0.5%Al-3P與不同種中間合金后的吸收率。對比各組數(shù)據(jù)可以看出，復(fù)合加入兩種中間合金使得P吸收率顯著提升，其中，單獨(dú)加入TiB2粒子時(shí)，提升幅度較小，約5%；而同時(shí)加入TiB2和TiC兩種粒子時(shí)，P吸收率提升幅度較大，達(dá)45%以上?？梢娺@兩種外來粒子的協(xié)同耦合作用能夠極大地促進(jìn)P被Al-Si熔體吸收。但由于在此種情況下，耦合粒子的數(shù)目均為過量的，故Al-5Ti-0.8B-0.2C和Al-5Ti-0.3C-0.2B這兩種中間合金的復(fù)合加入對P吸收率的影響差異較小。

分析是由于Al-5Ti-1B中TiB2的(112)晶面與AlP的(442)晶面的錯(cuò)配度較小，TiB2粒子能夠作為AlP形核的良好襯底[15]。當(dāng)熔體溫度降低時(shí)，溶解的AlP容易向TiB2粒子偏聚，并發(fā)生類包晶耦合反應(yīng)，形成耦合粒子TiB2·AlP，即TiB2粒子周圍形成一層富AlP薄層，該耦合粒子再對初晶Si起到形核襯底的作用。隨著耦合粒子的不斷形成，鋁熔體中溶解的P原子減少，促使之前未溶解的AlP相繼續(xù)溶解。同時(shí)，TiB2粒子尺寸小，數(shù)量多，起到固定AlP粒子的作用，阻止部分AlP從熔體中游離出去，而使其更多地保留在熔體中，從而提高了P吸收率，改善了細(xì)化效果。ZHOU等[22]在采用該耦合粒子細(xì)化Al-45Si時(shí)也取得了明顯的提升效果。TiC粒子有相似的作用，可與AlP相形成耦合粒子[23]，促進(jìn)其在熔體中的分散，從而在提升P吸收率的同時(shí)，顯著地提高形核效率。

圖6 含不同粒子的中間合金的SEM像

3 討論

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，P吸收率與AlP相在熔體中的演變行為密切相關(guān)。當(dāng)含P中間合金加入到Al-Si熔體中后，從熱力學(xué)方面考慮，由于其與熔體之間存在P元素的濃度梯度，故首先由表及里發(fā)生AlP相破碎和溶解的反應(yīng)[24]，形成Al-P團(tuán)簇，根據(jù)LESCUYER等[21]的測量結(jié)果，對應(yīng)不同的熔體溫度，P元素有不同的極限溶解度；此外，從動(dòng)力學(xué)方面考慮，物相的溶解過程不是瞬間完成的，其內(nèi)在機(jī)制是由擴(kuò)散因素和界面反應(yīng)共同作用的結(jié)果，需要足夠的弛豫時(shí)間才能使熔體溫度和結(jié)構(gòu)達(dá)到均勻[25]，最終達(dá)到溶解平衡。在凝固過程中，隨著溫度的降低，P在鋁熔體中的溶解度迅速降低[21, 26]，使得溶解態(tài)的P重新以AlP晶體形式析出，而AlP與Si具有良好的界面匹配關(guān)系，故AlP相可作為初晶Si的有效形核襯底。P能否被Al-Si熔體“吸收”取決于溶解反應(yīng)進(jìn)行的程度和AlP相的尺寸及其在熔體中的界面行為，這兩者分別為影響P吸收率的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素。

選用含有更細(xì)小彌散分布的AlP相的中間合金、提高熔體溫度、適當(dāng)延長保溫時(shí)間以及控制加入量在熔體溫度對應(yīng)的溶解度極限內(nèi)均能在熱力學(xué)上促進(jìn)P元素最大限度地被熔體溶解，從而提高P吸收率，如圖1及圖3~5中結(jié)果所示。反之，熔體處理過程中，如果熔體溫度較低或加入量過多，未溶解的AlP顆粒較多，亦或是溫度波動(dòng)范圍較大，極易使已經(jīng)進(jìn)入熔體的P 原子以AlP粒子形式析出，使之易于游離出鋁熔體而造成P的損失，造成P吸收率和初晶Si細(xì)化效果下降。

為了促進(jìn)以顆粒形式存在的AlP相被熔體吸收，需添加TiB2、TiC等與AlP相晶體結(jié)構(gòu)有良好匹配性的微米粒子。一方面，這些外來微米相可吸附AlP顆粒，形成尺寸較小的耦合粒子在熔體中彌散分布，防止AlP相在保溫和精煉過程中聚集成顆粒團(tuán)游離出熔體，起到固定的作用，從而使P吸收率明顯提升；另一方面，在凝固過程中，該類耦合粒子的存在降低了體系自由能，優(yōu)化AlP襯底的界面結(jié)構(gòu)[22]，使其作為初晶Si更加有效的形核襯底，顯著提高P吸收率，改善細(xì)化效果。

4 結(jié)論

1) 采用不同含P中間合金細(xì)化處理Al-18Si合金，工藝條件相同時(shí)(中頻爐中780 ℃保溫20 min，加入1.5×10?4P)，桿狀A(yù)l-3P合金的P吸收率最高，達(dá)80%；Cu-14P吸收率最低，僅有13%。

2) P吸收率與AlP相在鋁熔體中的演變行為密切相關(guān)。細(xì)化工藝參數(shù)影響AlP相的溶解過程，進(jìn)而影響P吸收率。隨著熔體溫度升高，P吸收率顯著提高；隨著保溫時(shí)間延長，P吸收率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，保溫90 min時(shí)達(dá)到極大值；隨著加入量增加，P吸收率呈現(xiàn)不斷下降趨勢。

3) 復(fù)合加入Al-3P中間合金及TiB2與TiC微米粒子可有效提高P吸收率，提升幅度達(dá)45%~50%。

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(編輯 李艷紅)

Affecting factors of P absorption rate of hypereutectic Al-Si alloys

HU Kai-qi1, JIANG Wei1, ZHU Xiang-zhen1, ZHANG Qian1, SUN Qian-qian2, LIU Xiang-fa1

(1. Key Laboratory of Liquid-Solid Structural Evolution and Processing of Materials, Ministry of Education, Shandong University, Jinan 250061, China; 2. Shandong Al and Mg Melt Technology Company Limited, Shandong University, Jinan 250061, China)

The phosphorous absorption rate is an important parameter for the refining process of hypereutectic Al-Si alloys, which not only influences final P content, but also reflects the evolution of AlP phase in the melt. The changing rules of P absorption rate were studied as kinds of master alloys, the processing parameters, coupling relationship of added solid particles varied. The experimental results show that Al-3P rod alloy appears the highest absorption rate (80%), while Cu-14P appears the lowest absorption rate (13%) under the same melting condition. The higher holding temperature contributes to superior P absorption rate while the more addition results in the lower. As holding time extends, P absorption rate first increases then decreases when achieving the maximum level at 90 min. Moreover, adding proper solid particles, such as TiB2and TiC, which have a good structural matching relationship with AlP crystal, can dramatically increase P absorption rate.

Al-Si alloys; primary silicon; P absorption rate; processing parameters; grain refinement

Project(51571133) supported by the National Natural Science Foundation of China

2016-09-02;

2017-06-27

LIU Xiang-fa; Tel: +86-531-88392006; E-mail: xfliu@sdu.edu.cn

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.11.08

1004-0609(2017)-11-2242-09

TG244.1

A

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51571133)

2016-09-02；

2017-06-27

劉相法，教授，博士；電話：0531-88392006；E-mail：xfliu@sdu.edu.cn