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Nd变质对ZL101合金组织及性能影响

一、选题简介、意义

因为铝合金具有良好的塑造性、弹性好等优点，在现代工业应用较为广泛。而 以 Si  元素为主的铝硅合金系比其他传统合金更轻，且铸造性能和力学性能也比较 好，因此在汽车行业中应用较多。

因为国内在铸造铝硅合金细化变质剂热处理方面的研究不如国外， 因此很多企 业的生产制备需要用的细化剂都是从国外购买的，从而获得较好的细化变质效果。 多年科学研究表明， 最受青睐的合金改性剂是稀土改性剂。在对稀土变质剂研究上 中国开始的比较迟。然而因为于中国是个大国， 拥有稀土和稀土资源多。稀土 Nd 的使用对中国的铝工业和稀土产业发展的重要意义。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容， 要解决的问题，预期目标，研究步骤、 方法及措施等）

1、课题研究内容

本课题的目标是通过加入不同含量稀土从而分析其对合金的组织及性能的影 响，并研究了冷却速度对变质效果的影响及变质后合金的理想热处理工艺参数。

2、拟解决的主要问题

（1）不同量的变质剂使合金微观组织产生的变化。

（2）添加不同量的变质 Nd 对力学性能的影响。

（3）分析稀土 Nd 变质作用对冷却速度的影响。

3、预期目标

（1）合金的微观组织从杂乱变得均匀。

（2）合金的硬度和拉伸性能变质后有所提高。

（3）合金的冷却速度越大，变质效果就越好。

4、研究步骤

（1）结合相关文献，完成开题报告；

（2）设计总体实验方案，准备好实验要的材料、试剂及设备；

（3）进行变质处理，分析对合金的组织及性能的影响；

（4）做热处理实验，分析对变质合金组织及性能的影响；

（5）撰写毕业设计论文，完成答辩工作。

5、方法和措施

本课题主要实验及理论分析方法，通过加入不同量的 Nd 变质剂从而进行组织及性 能的分析， 最后进行热处理实验分析对变质合金组织及性能的影响， 进而得出变质 后合金的最佳热处理工艺参数。

三、设计（论文） 体系、结构（大纲）

目录

摘要 1

第一章 绪论 4

1.1 铸造铝硅合金概述 4

1.2 铸造铝硅合金的变质处理 5

1.2.1 钠盐变质剂 6

1.2.2 锶变质剂 6

1.2.3 稀土类变质剂 6

1.3 铸造硅铝合金 ZL101 的热处理 7

1.3.1 固溶处理 7

1.3.2 时效处理 7

1.4 本论文的选题意义及研究内容 7

1.4.1 选题意义 7

1.4.2 研究内容 8

第二章 试验材料、方案及设备 9

2.1 主要材料及试剂 9

2.1.1 合金原料 9

2.1.2 细化剂、精炼剂和变质剂 9

2.2 试验方案的设计 12

2.2.1 合金熔炼的制造准备 12

2.2.2 合金的热处理 13

2.2.3 合金的力学性能测试 14

2．3 试验用仪器设备 14

第三章 稀土 ND 对 ZL101 合金微观组织及性能的影响 16

3.1 加入稀土对合金微观组织的影响 16

3.1.1 对合金初晶 α-Al 的影响 16

3.1.2 对合金共晶硅的影响 18

3.2 添加稀土 ND 对合金力学性能的影响 19

3.2.1 对合金硬度的影响 19

3.2.2 对合金拉伸性能的影响 20

3.3 冷却速度对 ND 变质合金组织及性能的影响 20

3.3.1 不同冷却速度下合金微观组织 21

3.3.2 不同冷却速度下合金力学性能 22

3.3.3 不同冷却速度下合金拉伸段口形貌 23

3.4 本章小结 24

第四章 热处理对变质 ZL101 合金组织及性能的影响 25

4.1 热处理实验方案设计 25

4.2 热处理对合金性能的影响 26

4.2.1 正交试验条件的不同对合金性能的影响 26

4.2.2 固溶温度及时间对合金性能的影响 28

4.2.3 时效温度及时间对合金性能的影响 29

4.3 热处理工艺对合金微观组织的影响 30

4.4 热处理工艺对合金拉伸断口的影响 31

4.5 本章小结 32

第五章 结论 33

参考文献 34

致谢 35

 

结论

本文通过加入不同含量稀土从而分析其对合金的组织及性能的影响， 并研究了冷却速度 对变质效果的影响及变质后合金的理想热处理工艺参数，经过各种试验所得结论如下： （1）Nd 对合金的变质效果还是很好的。因为 Nd 添加量的增加， 使得合金初始晶态 α-Al  的组织逐渐变得有序，二次枝晶间距开始变小，在 0.3wt%Nd 时间距的最小值为 1.97μm。 Nd 的加入将导致共晶硅的细化。当增加量为 0.3wt.%时，会使得合金的细化效果最好。 （2）稀土对合金的变质效果并不是很好， 而是在较宽的冷却速度范围内变质效果才会变好。合金的冷却速率越大，合金就可以得到更好的变质效果。（3）正交试验数据显示，钕变质合金的力学性能受热处理参数的影响，这些参数的次  第为：①时效温度②时效时间③固溶时间④固溶温度， 即①>②>③>④ 。实践热处理工  艺参数为：固溶处理时的温度及时间为 530℃×5h，时效处理时的温度及时间为 160℃×9h， 这个时候合金的抗拉强度为 297MPa、延伸率为 4.01%及硬度为 97HBS ，共晶硅球化主要发生在合金热处理后的显微组织中，拉伸断口具有明显的韧窝和可塑性。

 

参考文献

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