王秋平等：Mn元素对过流冷却过共品Al-22Si-2Fe-xMn合金显微组织及耐磨性的影响 ·225· 相比，黑色长针状化合物数量减少，长度约为70um. 属间化合物细化.通过以上三种合金的两种铸造 此时，凝固组织中出现深灰色骨骼状和块状化合物，骨 条件凝固组织对比，可以观察到分段式倾斜板对初 骼状化合物整体长度达到200μum,宽度40μm.经过流 生Si、金属间化合物与共晶组织形貌进行了一定的 冷却后，初生S、针状金属间化合物均得到一定程度细 改善与细化. 化.且深灰色粗大骨骼状化合物以平均直径约为302.2M/Re对过流冷却铸造过共晶A-22Si-2Fe合 um的块状形式依附在初生Si上析出. 金显微组织影响 图2(e)、()分别为A,(Mn/Fe为0.7)合金常规2.2.1A,合金显微组织 铸造组织与过流冷却凝固组织，两种铸造条件凝固组 如图3(a)所示，过流冷却铸造A。(Mn/Fe为0) 织对比可以发现，经过流冷却后初生Si得到细化，平 合金组织由α-Al,灰色初生Si颗粒，针状金属间化合 均直径降低至约30μm.同时发现，两种铸造条件的凝 物和共晶Si组成.初生Si平均直径约30um,针状金 固组织中均未发现针状化合物，常规铸造合金凝固组 属间化合物平均长度约为70μm.a-Al分布在初生Si 织内深灰色化合物呈枝晶或不规则块状存在，大部分 与共晶Si组织之间.根据A1-Fe-Si三元相图[6]，含 依附在初生Sⅰ上，而经过流冷却处理后，深灰色化合 铁质量分数为2%的过共晶A1-Si合金在平衡凝固过 物呈规则多边形块状存在 程中首先析出初生Si相，随后析出8-AL,FeSi,相.8- 由于Si原子扩散系数比较大，生长具有各向异 AL,FeSi,相会在610℃下进行包晶反应：L+8-Al FeSi2→ 性，只有在大的过冷度下，使其快速凝固产生大量 Si+B-AL,FeSi.据其他研究人员针对Al-25Si-5Fe合金凝 晶核，才能抑制初生Sⅰ在择优方向上生长，使组织 固过程分析)，富Fe相8-AL,FeSi,相有可能作为初生 更加细化.倾斜板的激冷作用抑制了初生Sⅰ生长， 相先于Si颗粒析出，但随着Fe含量的降低，δ-Al,FeSi2 导致过流冷却铸造的初生S直径明显比常规铸造 相析出温度也随之降低.由A,合金X射线衍射图（见 的初生S直径小.同时，倾斜板对金属液施加剪切 图3(b))判断，A。合金包含a-Al、初生Si、8-Al,FeSi,和 力使熔液溶质均匀化，促进长针状与粗大骨骼状金 B-AL,FeSi相.对针状金属间化合物进行能谱分析，根 7000 (b 40-A1 6000 ●Si ◆Al.FeSi 5000 o Al FeSi, 3000 2000 1000 o c 100um 20 30 40 50 60 20/) (200 富Fe相 B=064] -5.001/Cm 图3过流冷却铸造A,合金组织.(a)显微组织；(b)X射线衍射图谱：（©）透射电镜明场像与其选区衍射 Fig.3 Microstructures of Ao alloy through inclined cooling casting:(a)optical microscopy;(b)XRD graph;(c)TEM bright field images and its SAED王秋平等: Mn 元素对过流冷却过共晶 Al鄄鄄22Si鄄鄄2Fe鄄鄄 xMn 合金显微组织及耐磨性的影响 相比,黑色长针状化合物数量减少,长度约为 70 滋m. 此时,凝固组织中出现深灰色骨骼状和块状化合物,骨 骼状化合物整体长度达到200 滋m,宽度40 滋m. 经过流 冷却后,初生 Si、针状金属间化合物均得到一定程度细 化. 且深灰色粗大骨骼状化合物以平均直径约为 30 滋m 的块状形式依附在初生 Si 上析出. 图 2(e)、(f)分别为 A2 (Mn / Fe 为 0郾 7)合金常规 铸造组织与过流冷却凝固组织,两种铸造条件凝固组 织对比可以发现,经过流冷却后初生 Si 得到细化,平 均直径降低至约 30 滋m. 同时发现,两种铸造条件的凝 固组织中均未发现针状化合物,常规铸造合金凝固组 织内深灰色化合物呈枝晶或不规则块状存在,大部分 依附在初生 Si 上,而经过流冷却处理后,深灰色化合 物呈规则多边形块状存在. 图 3 过流冷却铸造 A0合金组织 郾 (a) 显微组织;(b) X 射线衍射图谱;(c) 透射电镜明场像与其选区衍射 Fig. 3 Microstructures of A0 alloy through inclined cooling casting: (a) optical microscopy; (b) XRD graph; (c) TEM bright field images and its SAED 由于 Si 原子扩散系数比较大,生长具有各向异 性,只有在大的过冷度下,使其快速凝固产生大量 晶核,才能抑制初生 Si 在择优方向上生长,使组织 更加细化. 倾斜板的激冷作用抑制了初生 Si 生长, 导致过流冷却铸造的初生 Si 直径明显比常规铸造 的初生 Si 直径小. 同时,倾斜板对金属液施加剪切 力使熔液溶质均匀化,促进长针状与粗大骨骼状金 属间化合物细化. 通过以上三种合金的两种铸造 条件凝固组织对比,可以观察到分段式倾斜板对初 生 Si、金属间化合物与共晶组织形貌进行了一定的 改善与细化. 2郾 2 Mn / Fe 对过流冷却铸造过共晶 Al鄄鄄22Si鄄鄄2Fe 合 金显微组织影响 2郾 2郾 1 A0合金显微组织 如图 3( a) 所示,过流冷却铸造 A0 (Mn / Fe 为 0) 合金组织由 琢鄄Al,灰色初生 Si 颗粒,针状金属间化合 物和共晶 Si 组成. 初生 Si 平均直径约 30 滋m,针状金 属间化合物平均长度约为 70 滋m. 琢鄄Al 分布在初生 Si 与共晶 Si 组织之间. 根据 Al鄄鄄 Fe鄄鄄 Si 三元相图[16] ,含 铁质量分数为 2% 的过共晶 Al鄄鄄 Si 合金在平衡凝固过 程中首先析出初生 Si 相,随后析出 啄鄄Al 4 FeSi 2 相. 啄鄄 Al 4FeSi 2相会在 610 益下进行包晶反应:L + 啄鄄Al 4 FeSi 2寅 Si + 茁鄄Al 5FeSi. 据其他研究人员针对Al鄄鄄25Si鄄鄄5Fe 合金凝 固过程分析[17] ,富 Fe 相 啄鄄Al 4FeSi 2相有可能作为初生 相先于 Si 颗粒析出,但随着 Fe 含量的降低,啄鄄Al 4FeSi 2 相析出温度也随之降低. 由 A0合金 X 射线衍射图(见 图 3(b))判断,A0合金包含 琢鄄Al、初生 Si、啄鄄Al 4FeSi 2和 茁鄄Al 5FeSi 相. 对针状金属间化合物进行能谱分析,根 ·225·