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Al-Si合金的性能主要取决于初晶Si的形貌、尺寸和分布,故控制初晶Si对于Al-Si合金的性能具有重要的影响。目前工业上应用最广泛的是P变质处理,但是Al-P晶种合金加入到Al-Si熔体中后,熔体中存在较大尺度且吸附能力很强的AlP颗粒团,导致变质不足,进而影响活塞的力学性能。基于此,本文研究了三种新型Al-P-AlN、Al-P-Al3BC、Al-P-Al4C3晶种合金对活塞合金中初晶Si的调控,同时研究了新型晶种合金对ML174合金组织和性能的影响,分析了新型Al-P-AlN晶种合金中AlN含量对Al-P晶种合金的影响,及其对A390合金组织和性能以及P吸收率的影响。针对Al-Si合金中α-Al枝晶发达的问题,研究了AlTiC-B晶种合金对Al-Si合金晶粒以及力学性能的影响。本文的主要研究工作如下:(1)新型Al-P晶种合金的研制及其对ML174合金组织和性能的影响在Al-P晶种合金中添加AlN、A13BC、Al4C3粒子制备了三种新型Al-P-AlN、Al-P-Al3BC、Al-P-Al4C3晶种合金。研究发现,AlN粒子依附在AlP颗粒团的周围并在液固界面前沿富集,抑制了 AlP颗粒团的进一步长大,从而减小AlP颗粒团的尺寸;Al3BC粒子存在于AlP颗粒团的中间位置,趋向于将一个较大尺寸的AlP颗粒团分解成两个较小的AlP颗粒团;Al4C3与AlP具有良好的晶格匹配关系且错配度仅为5%,Al4C3粒子可以作为AlP颗粒团的形核衬底,促进形核,增加形核质点,使AlP颗粒团的尺寸减小。传统Al-P晶种合金中AlP颗粒团的尺寸约为82 μm,三种新型Al-P-AlN、Al-P-Al3BC、Al-P-Al4C3晶种合金中AlP颗粒团的尺寸分别为38 μm、43 μm、53 μm。与传统Al-P晶种合金相比,在加入粒子的新型晶种合金中AlP颗粒团尺寸都不同程度地减小,其中Al-P-AlN中AlP颗粒团的尺寸最小且分布最弥散,使AlP颗粒团的尺寸由82μm减小到约38 μm。研究了三种新型晶种合金对ML174合金中Si相的调控和性能的影响,与传统Al-P晶种合金变质效果相比,ML174合金经Al-P-AlN晶种合金变质后,初晶Si平均晶粒尺寸减小约21.7%,室温极限拉伸强度提高约5.2%,延伸率提高约55.6%;经Al-P-Al3BC晶种合金变质后,初晶Si的平均晶粒尺寸减小约13%,室温极限拉伸强度差别不明显,延伸率提高约33.3%;经Al-P-Al4C3晶种合金变质后,初晶Si平均晶粒尺寸减小约30.4%,室温极限拉伸强度提高约2.1%、延伸率提高约33.3%。三种新型晶种合金对ML174合金的变质效果均优于传统的Al-P晶种合金,通过对比,新型Al-P-AlN晶种合金的变质效果最好。(2)新型Al-P-AlN晶种合金及其对A390合金的细化行为基于Al-P-AlN晶种合金对ML1 74合金的变质效果最好,制备了不同AlN含量的Al-P-0.5AlN、Al-P-1AlN、Al-P-2AlN晶种合金。在Al-P晶种合金中添加AlN粒子,AlN首先会吸附熔体中的P原子来降低界面能,待AlP形成后它会依附在AlP颗粒团的周围,并在液固界面前沿富集,抑制了 AlP颗粒团的进一步长大,从而减小AlP颗粒团的尺寸。传统Al-P晶种合金中AlP颗粒团的尺寸约为82 μm,新型Al-P-2AlN中AlP颗粒团的尺寸最小,使AlP颗粒团由82 μm减小到22μm。研究了不同AlN含量的Al-P-AlN晶种合金对A390合金中初晶Si尺寸和P吸收率的影响。在应用不同AlN含量的Al-P-AlN合金细化A390合金中,当Al-P-AlN晶种合金中AlN的含量从0增加到2%时,A390合金中初晶Si的平均晶粒尺寸从41 μm减小到30μm,P的吸收率从29.7%增加到37%,细化效果明显提高。基于Al-P-2AlN晶种合金的细化效果最好,研究了 Al-P-2AlN对A390合金室温拉伸性能的影响。当晶种合金的添加量相同时,与传统Al-P晶种合金相比,A390合金经新型Al-P-2AlN晶种合金细化后,其室温极限拉伸强度提高了约6.4%,室温延伸率提高约8.3%。(3)AlTiC-B晶种合金对铝硅合金晶粒的细化行为针对Al-Si合金中α-Al枝晶发达的问题,研究了掺杂型AlTiC-B晶种合金对Al-Si合金晶粒的细化行为。B掺杂型AlTiC-B晶种合金中,TiC粒子内部掺杂了 B元素,形成掺杂型TiCxBy粒子,可实现Al-Si合金中α-Al枝晶的细化。研究了 AlTiC-B晶种合金的添加量为0.25%、0.5%和1%时对过共晶Al-Si合金晶粒细化以及对初晶Si分布的影响。未细化时,由于组织中存在粗大的α-Al枝晶,初晶Si的长大受其影响,分布比较聚集;添加AlTiC-B合金细化后,初晶Si明显分散开,表明α-Al枝晶得到细化,且当AlTiC-B合金的添加量为0.5%时,初晶Si的分布最均匀。研究了 AlTiC-B晶种合金对亚共晶Al-Si合金晶粒细化的影响,添加AlTiC-B合金后,亚共晶Al-Si合金中α-Al晶粒尺寸得到大幅度减小。以Al-5Si为例,未细化时α-Al平均晶粒尺寸约为1310 μm,添加AlTiC-B晶种合金细化后α-Al平均晶粒尺寸约为154 μm。研究了 AlTiC-B晶种合金对ML174合金组织和性能的影响,ML174合金经AlTiC-B合金细化后,α-Al枝晶得到细化,组织中初晶Si的分布更加均匀。未细化时ML174合金室温极限拉伸强度约为325 MPa,延伸率约为0.2%;350℃高温极限拉伸强度约为93 MPa,延伸率约为12%。加入晶种合金后,ML174合金的室温极限拉伸强度约为355 MPa,延伸率约为0.25%;350℃C高温极限拉伸强度约为89 MPa,延伸率约为10.5%。与未细化相比,经AlTiC-B晶种合金细化后ML 174合金在高温极限拉伸强度和延伸率略微降低的情况下,室温极限拉伸强度提高约9.2%,室温延伸率提高约25%。