铝硅合金共晶生长与沉淀强化

孙瑜

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目录
前言
概述 1
1.1 Al-Si合金共晶凝固 1
1.1.1 Al-Si合金共晶凝固特征 1
1.1.2 Al-Si合金共晶形核 2
1.2 Si晶体的微观特征及其生长 3
1.2.1 Si相的晶体学特点 3
1.2.2 片状共晶Si的生长机制 4
1.3 共晶Si变质机理研究现状 8
1.3.1 变质现象 8
1.3.2 共晶Si变质机理 10
1.3.3 相关质疑 13
1.4 Al-Si合金晶粒细化 14
1.4.1 Al-Si合金晶粒细化处理 14
1.4.2 Al-Si合金晶粒细化机理 15
1.4.3 细化衰退及毒化 18
1.5 合金化与热处理 19
1.5.1 合金元素对Al-Si合金组织和性能的影响 19
1.5.2 Al-Si合金热处理 21
铝硅合金共晶形核与生长 26
2.1 引言 26
2.2 电子背散射衍射分析技术 27
2.2.2 晶粒位向分析方法——点分析和面分析 28
2.3.1 未变质Al-Si合金电子背散射衍射扫描 30
2.3.2 Sr变质Al-Si合金电子背散射衍射扫描 32
2.3.3 Al-Si合金共晶（团）晶粒及其形成 34
2.4 Al-Si共晶（团）晶粒形核行为 36
2.4.1 Al-Si共晶形核位置分析 36
2.4.2 组织中富Fe相与Si相的相关性观察 38
2.4.3 Al-Si-(Fe)合金结晶序列 42
2.4.4 Al-Si-(Fe)合金凝固热分析 43
2.4.5 共晶Si形核机理讨论 45
2.5 共晶（团）晶粒细化 46
2.5.1 Zr复合盐与Al-Si熔体反应析出相 46
2.5.2 微观组织观察 47
2.5.3 分析与讨论 48
共晶硅的生长行为 49
3.1 引言 49
3.2 未变质共晶Si的形貌及端部特征 49
3.2.1 未变质共晶Si三维形貌特征 49
3.2.2 未变质共晶Si端部特征 50
3.2.3 未变质共晶Si生长特征分析 56
3.3 共晶Si的生长机制 57
3.3.1 共晶Si表面的台阶特征 57
3.3.2 台阶的形成机制 58
3.3.3 台阶的聚并 61
3.3.4 共晶Si生长机制 62
3.3.5 孪晶面凹角对共晶Si生长的贡献 64
3.4 Si晶体界面稳定性与分枝 66
3.4.1 界面特征 66
3.4.2 共晶Si分枝特征 69
3.4.3 界面失稳及其分枝机制 71
锶变质及其与合金元素交互作用 73
4.1 引言 73
4.2 Sr的变质效应 73
4.2.1 Sr变质共晶Si形貌 73
4.2.2 冷却速率及Sr量对共晶Si变质度影响 74
4.2.3 富Sr化合物与局部变质不良 77
4.3 Sr变质共晶Si的晶体缺陷与界面微观结构 79
4.3.1 厚孪晶与薄孪晶 79
4.3.2 界面微观结构及微孪晶 82
4.3.3 中心脊处特征观察 85
4.4 Sr变质共晶Si生长机制探讨 86
4.4.1 共晶Si变质机制简述 86
4.4.2 Sr原子与台阶的相互作用 87
4.4.4 界面宏观形状对小面生长机制影响 90
4.5 Mg、MM与Sr的交互作用 92
4.5.1 Mg对Al-Si合金微观组织影响 92
4.5.2 Mg对枝晶α-Al相影响分析 94
4.5.3 Mg对共晶Si形貌影响分析 96
4.5.4 Mg对Sr变质的Al-Si合金微观组织影响 96
4.5.5 Mg与Sr交互作用及反应产物 98
4.5.6 MM与Sr交互作用及反应产物 101
Al-Si-Cu-Mg合金的富Cu相析出与固溶 105
5.1 引言 105
5.2 Al-Si-Cu-Mg合金中富Cu相的析出 106
5.2.1 Al-Si-Cu-Mg合金相组成 106
5.3 固溶过程中富Cu相的溶解 113
5.3.1 DSC分析 113
5.3.2 富Cu相的溶解行为 117
5.4 合金力学性能（T4态）与固溶强化 123
5.4.1 力学性能（T4态）123
5.4.2 T4态合金固溶强化分析 125
5.5 Al-Si-Cu-Mg合金断裂行为 126
5.5.1 断口形貌微观特征 127
5.5.2 合金断裂行为分析 130
Al-Si-Cu-Mg合金沉淀强化行为 137
6.1 引言 137
6.2 Al-Si-Cu-Mg合金时效析出行为 137
6.2.1 Al-Si-Cu-Mg合金时效硬化曲线 137
6.2.2 脱溶沉淀过程分析 139
6.2.3 峰值时效组织中沉淀相特征与分析 141
6.2.4 Al-Si-Cu-Mg合金时效析出行为分析 147
6.3 Zr对Al-Si-Cu-Mg合金时效析出行为的影响 148
6.3.1 Zr对Al-Si-Cu-Mg合金时效硬化曲线的影响 148
6.3.3 Zr对Al-Si-Cu-Mg合金时效组织的影响 150
6.3.4 组织中颗粒相及棒状相形成 153
6.4 Al-Si-Cu-Mg-(Zr)合金时效析出机制 157
6.4.1 合金元素的影响 157
6.4.2 位错的影响 159
6.5 Al-Si-Cu-Mg-(Zr)合金沉淀强化分析 161
6.5.1 合金力学性能与断口形貌 161
6.5.2 沉淀强化机制 164
参考文献 167

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