摘要
A356合金属于亚共晶Al-Si合金，因其优异的综合性能被当作低压铸造铝合金轮毂的首选材料。随着汽车铝合金轮毂的普及，以A356为代表的废旧铝合金轮毂材料再生成为了目前的研究热点。铝合金再生过程中不可避免地有杂质引入，同时组织遗传性也可能影响铸件质量，使得在复杂的条件下进行变质处理并实现保级熔炼成为了一个难点。因此有必要系统对比不同变质剂的变质效果和机制，并对重熔过程的变质衰退展开研究，为实现A356的合理再生利用提供理论和实践基础。 为此，本课题利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射分析（XRD）、差热扫描分析（DSC）和电感耦合等离子光谱（ICP）等手段，首先系统研究了Na、Sr和Sb在A356合金中的细化和变质作用，及T6处理对变质后Si相球化行为的影响，探讨了变质元素的作用机制和热处理过程中Si的球化机制。然后在此基础上对已变质合金进行重熔，研究合金在重熔过程中的组织演变规律，阐明了变质合金组织遗传性与变质元素浓度残留之间的关系。主要的实验结果和结论如下： （1）通过OM观察了变质剂种类和浓度对α-Al形貌的影响。随着变质元素浓度的增加，变质处理后的α-Al形貌均从未变质时粗大、发达的树枝晶转变为细小的等轴树枝晶，枝晶比例和二次枝晶臂间距（SADS）显著降低，同时出现了明显的共晶区域，随着变质元素浓度的增加而扩大。当Na、Sb浓度分别达到290ppm、1185ppm时，α-Al甚至发生了明显的球化，晶粒直径约为100μm。相比之下，尽管三者对α-Al均有良好的细化效果，但是Na、Sb对枝晶的球化效果强于Sr。 （2）通过SEM观察了变质剂种类和浓度对共晶Si形貌的影响。通过观察不同侵蚀程度的试样，揭示了共晶Si相变质前后的二维、三维形貌。随着变质元素浓度的增加，Na、Sr均可以使得共晶Si形貌实现粗大的板片状→树枝状→羽毛状的转变，Sb使共晶Si实现粗大的板片状→细小的块状→珊瑚状的转变，但是当Sb浓度达到1185ppm左右时，Si分枝数量减少，出现粗大的针状形貌，表现出过变质的现象。相较Sb变质，Na、Sr变质后的Si分枝更细，分枝数量更多。 （3）T6处理可使树枝状Si相经历缩颈→熔断→球化的过程，同种元素变质后的合金，变质元素浓度越高，树枝晶越发达，热处理后Si颗粒越细小，球化效果越好。尽管Sb变质下Si相的树枝状形貌不发达，但热处理后Si的细化、球化效果与Na、Sr比较接近。 （4）通过对比重熔前后变质元素浓度的变化，可以推知组织遗传性的衰退直接源于变质元素的浓度衰减，如果浓度保持在一定值之上，变质效果依然能够很好地保留，低于一定值则基本消失。Na变质合金重熔过程中，Na浓度低于190ppm变质效果出现衰退，低于130ppm变质效果完全消失；Sr变质合金重熔过程中，Sr浓度低于50ppm变质效果出现衰退，低于10ppm变质效果完全消失；Sb在810ppm时变质效果最好，且Sb变质试样在重熔过程中浓度基本保持不变，组织均保持良好的相似性。
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