0 前言

过共晶铝硅合金具有密度小、热膨胀系数小、耐磨性和尺寸稳定性好等优异性能，其在国外活塞生产中已得到广泛应用，然而我国的活塞生产材料多以共晶铝硅合金为主，不能满足当今车用发动机高功率、高寿命的性能使用要求，所以过共晶铝硅合金活塞的研制是发动机不断更新发展的需求。但过共晶铝硅合金要应用于实际生产则必须解决其组织的细化问题【1～6】。本文通过含盐复合变质剂对过共晶A1-15%Si合金不同变质时间及添加顺序对变质效果的影响，研究了变质剂的时效性及不同组分的时效性。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

实验所用复合变质剂主要由Ti、C和稀土组成，Ti∶C为5∶1；其成分配比如表1所示，所用的过共晶A1-15%Si合金由A1-40%Si和纯Al配制。

 

表1 复合变质剂成分配比表（质量分数/%）

  

稀土名称Cu盐Sr盐Ca盐复合变质剂0.4 0.050.081.1

1.2 实验方法

在GR2-5铝合金熔炼炉中熔炼A1-15%Si合金到温度后，加入复合变质剂，经保温后，浇注拉伸试样；为研究变质时间对复合变质剂变质效果的影响，加入变质剂后，在变质时间分别为15min、30min、45min、60min和120min后浇注试样；为分析复合变质剂不同组分的时效性，先加入复合变质剂中的Ti∶C、Sr盐、Ca盐，然后分别保温15min、30min、45min、60min和120min后加入Cu盐和稀土，保温一定时间后浇注试样。在CSS-44300电子万能试验机上测量拉伸强度；用OLYMPUS金相显微镜观察初生硅的大小。

2 结果与分析

2.1 变质时间对抗拉强度和初生硅尺寸的影响

表2是变质时间分别为15min、30min、45min、60min和120min所测得的抗拉强度和初生硅尺寸值；图1为不同变质时间放大400倍的显微组织；图2和图3分别为抗拉强度和初生硅尺寸随变质时间的变化曲线。

 

表2 不同变质时间对应的抗拉强度和初生硅尺寸

  

试验编号 时效时间/min 抗拉强度/MPa 初生硅尺寸/μm 15 30 45 60 120 1 2 3 4 5 202.06 218.32 225.27 207.92 165.56 18 18 17 25 35

由表2并结合显微组织（图1）可以看出，在15～45min内，随时间延长，合金组织形貌均匀性好，初生硅形状统一，呈板块状，分布均匀，棱角钝化，平均尺寸在18μm左右，而共晶硅则得到了更好的变质效果，呈细小的短杆状，有的呈现粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al基体上，从而引起抗拉强度的提高。变质时间大于45min后，随时间延长，初生硅形状不再统一、规则，平均尺寸变大，而共晶硅依然呈细小的短杆状，均匀弥散分布在Al基体上。

 

  

图1 不同变质时间的显微组织

  

图3 初生硅尺寸随变质时间的变化曲线

  

图2 抗拉强度随变质时间的变化曲线

2.2 间隔时间对抗拉强度和初生硅尺寸的影响

表3为先加入复合变质剂中的Ti∶C、Sr盐、Ca盐，然后分别在保温15min、30min、45min、60min和120min后加入Cu盐和稀土所测得的抗拉强度和初生硅尺寸值。图4分别为不同间隔时间放大400倍的显微组织。图5和图6分别为抗拉强度和初生硅尺寸随间隔时间的变化曲线。

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表3 不同间隔时间对应的抗拉强度和初生硅尺寸

  

试验编号 初生硅尺寸/μm 17 16 18 25 27 67891 0停留时间/min 15 30 45 60 120抗拉强度/MPa 209.77 215.07 237.42 211.13 180.71

（1）自制新型变质剂对过共晶铝硅合金具有良好的变质效果：15～120min内，随时间的延长，共晶硅得到了更好的变质效果，呈细小的短杆状，有的呈现粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al基体上；初生硅的形状先统一、规则，呈板块状，分布均匀，棱角钝化，平均尺寸较小，然后随时间的延长，初生硅形状不再统一、规则，平均尺寸变大。

 

  

图4 不同间隔时间的显微组织

  

图5 抗拉强度随间隔时间的变化曲线

  

图6 初生硅尺寸随间隔时间的变化曲线

2.3 分析与讨论

随着网络教学平台的应用和推广，教师的教学课件必须要上传到网络教学空间，提供给学生们业余时间自主学习，由于高职院校学生学习的自觉性稍差，为了提升课件的吸引力，这些教学课件的制作标准比普通课件高，基于此教师都积极地提升自己的教学课件制作水平，努力设计并创作出更多吸引学生注意力的优秀课件，以提升教学效果。但在教学课件的实际制作过程中，不少教师存在技术性的问题，导致课件效果不理想，学生很难提起学习兴趣。

3 结论

由表3及图5、6可以看出：间隔时间在15～30min，随间隔时间的延长，初生硅尺寸变小；间隔时间在30～45min，初生硅尺寸随间隔时间的延长变大；而间隔时间在15～45min，抗拉强度逐渐变大；间隔时间在45～60min，抗拉强度随间隔时间急剧减小，而初生硅尺寸快速变大；间隔时间在60～120min，抗拉强度减小速度变缓，而初生硅尺寸变大也相对缓慢。结合显微组织（图4）可以看出：在15～30min，随时间延长，合金组织形貌均匀性变好，初生硅呈板块状，平均尺寸减小，而共晶硅得到了更好的变质效果，呈细小的短杆状、粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al基体上，从而引起抗拉强度的提高；间隔时间在30～45min，随时间延长，块状初生硅平均尺寸略微变大，出现针状细小的初生硅，而共晶硅依然呈细小的短杆状、粒状，端部圆滑，均匀紧密；间隔时间在45～60min，随时间延长，虽然共晶硅依然呈现原有的形态和特点，但块状初生硅平均尺寸增大明显；间隔时间在60～120min，块状初生硅平均尺寸快速变大，并出现针状初生硅和块状初生硅融合现象。

由表2及图1、2、3可以看出：变质时间在15～45min内，随变质时间的延长，初生硅尺寸几乎不变，因而其对基体的割裂作用变化不大，而共晶硅呈细小的短杆状、粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al基体上，提高了硅的固溶作用，引起材料抗拉强度的提高。变质时间大于45min后，随变质时间的延长，因初生硅尺寸逐渐变大，对基体的割裂严重，因而使材料的抗拉强度降低，因而复合变质剂在45min后开始失效，60min后失效加速。由表3及图4、图5、图6可以看出：间隔时间在15～30min，随间隔时间的延长，初生硅尺寸变小，对基体割裂作用减弱，而共晶硅得到了更好的变质效果，呈细小的短杆状、粒状，端部圆滑，均匀紧密、弥散分布在Al基体上，从而引起材料抗拉强度的提高。间隔时间在30～45min，随间隔时间的延长，初生硅尺寸略微变大，虽提高了对基体的割裂作用，但共晶硅呈更加细小的短杆状、粒状，提高了硅的固溶作用，从而引起抗拉强度的提高。间隔时间在45～60min，初生硅尺寸快速变大而使抗拉强度急剧减小。间隔时间在60～120min，随间隔时间的延长，因初生硅尺寸变大相对缓慢而使抗拉强度减小变慢。由此说明，复合变质剂中的Ti∶C、Sr盐、Ca盐变质作用在45min后开始失效，而Cu盐和稀土起短效变质作用。比较表2、表3及图1、图4（a）可知：复合变质剂中的Ti∶C、Sr盐、Ca盐变质作用在15min内变质效果不大，而Cu盐和稀土在15min内具有良好的变质效果。由图1、图4（c）可知，复合变质剂较优加入顺序为：在加入复合变质剂中的Ti∶C、Sr盐、Ca盐45min时，再加入Cu盐和稀土具有良好的变质效果。

（2）复合变质剂较优加入顺序为：在加入复合变质剂中的Ti∶C、Sr盐、Ca盐45min时，再加入Cu盐和稀土具有良好的变质效果。

教师在设计数学活动时，把学生的课堂活动作为主线，教学设计的每一个环节要想到尽可能地让学生在动手、在实践中用自己的“生活经验”去解决数学问题。在学生主动参与、思考和探索中，通过“生活经验”这一中间环节，教师要帮助学生应用和积累数学活动经验。例如，在教学“认识长方形”对边相等的特征时我就设计了下列的动手活动：（1）拿出你的长方形，去看、去摸、去感受、去发现长方形的特征；（2）学生通过量一量、折一折……活动去思考和探究长方形的对边长度是否相等。

（3）复合变质剂中的Ti∶C、Sr盐、Ca盐变质作用在15min内变质效果不大，在45min后开始失效；而Cu盐和稀土起短效变质作用。

参考文献

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[2]熊艳才，刘伯操．铸造铝合金现状及未来发展[J].特种铸造及有色金属，1998，15(4)：1-4

[3]王杰芳，谢敬佩，刘忠侠．国内外铝硅活塞合金的研究及应用评述[J].铸造，2005，24-27

[4]汪立亮.活塞材料的应用及新材料的开发[J].汽车工艺与材料，1998，9：22-24

[5]赖华清，毛高波.磷-稀土复合变质剂对过共晶Al-18%Si的合金组织的影响[J].汽车科技，1998，2：17-19

[6]孙淑红.复合变质处理过共晶铝硅合金[D].昆明理工大学硕士学位论文，2004：37-38