第二届大学生研究性学习和创新性实验计划项目

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1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第10页 共10页附件2：申报项目级别校级省级国家级第二届大学生研究性学习和创新性实验计划项目申 报 表项目名称 过热温度和时间对过共晶铝硅合金中 初晶硅的溶解及析出行为影响的研究 项目主持人 杨志增（学号：2007501422） 学院班级 机械工程学院2007金属材料工程 联系电话 15573262656 指导老师 王 建 华 填表日期 2009-5-6 湘 潭 大 学 教 务 处 制填写说明一、申报书要按要求逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无”。二、格式要求：表格中的字体用小四号仿宋体，1.5倍

2、行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。 三、申报国家级、省级项目如未获批立项，将参与校级项目的遴选。项目名称: 过热温度和时间对过共晶铝硅合金中初晶硅的溶解及析出行为影响的研究学院名称湘潭大学机械工程学院学生姓名专业名称性别入学年份杨志增金属材料工程男2007郭启强金属材料工程男2007李雪梅金属材料工程女2007邹联力金属材料工程男2007徐玉玲模具女2007指导教师王建华职称教授学科专业材料学项目研究和实验的目的和要解决的主要问题:研究背景和研究现状：过共晶Al-Si合金具有比重小、强度高、铸造成形性好以及耐磨耐蚀等优良性能，是航空、航天、汽车

3、、造船工业上重要的结构材料1-3。过共晶Al-Si合金按含Si量可分为三组，含Si量1719%、含Si量2023%和含Si量2426%，其铸造组织由-Al枝晶、共晶Si和初晶Si组成，初晶Si可作为硬质点有效提高合金的耐磨性能。随着Si含量的增加，共晶体增多，流动性提高，可获得组织致密的铸件，但大块的初晶Si会严重地割裂合金基体，导致合金的强度、塑性和切削性能降低。因此，细化初晶Si，改变初晶Si的形状和分布，减小其对基体的削弱作用，是提高Al-Si合金性能的关键。细化Al-Si合金的方法有变质剂处理法4-6、快速凝固法7、悬浮铸造法8、振动变质法9等。工业上主要采用变质剂处理法，有初晶Si变

4、质处理、共晶Si变质处理、复合变质处理5-6以及双重变质处理1,10，但是该法存在加入量需要严格控制、工艺较复杂、含Si量超过26%时过共晶Al-Si合金的变质效果会明显减弱等缺点11。根据金属凝固理论，液态熔体在微小区域内存在着有序、规则的排列12，其结构状态对晶粒的形核、生长及最终的组织、性能有直接的影响。在科研与生产中，各种不同成分的过共晶铝合金熔炼温度与保温时间对初晶硅的溶解和凝固过程中的析出影响很大，合适的熔炼温度和保温时间可以消除组织遗传性，得到最佳的凝固组织和合金力学性能13。熔体经过不同温度和时间的过热处理后可以得到不同的显微组织与力学性能14-15，熔体温度处理后的冷却速度对

5、合金的组织与力学性能也有很大的影响16-17。但是，目前还没有有关不同成分的过共晶铝合金的最佳熔炼温度与保温时间的参考资料或文献，因此本项目的研究对科研与生产具有很大指导意义和应用价值。研究目的通过实验研究找出不同成分过共晶Al-Si合金的最佳熔炼工艺参数（熔炼温度与保温时间），为彻底消除其组织遗传性，提高其变质处理效果提供理论依据，为科研与生产提供理论指导。拟解决的主要问题分析研究不同成分的过共晶Al-Si合金中初晶硅的溶解及析出动力学行为，弄清熔炼温度和保温时间对Al-Si合金中初晶硅溶解及析出动力学的影响规律。参考文献：1 胥锴，刘徽平，袁帮谊，等，过共晶铝硅合金变质处理的研究进展J.热

6、加工工艺，2009，38(3)：32-35。2 彭涛，内燃机活塞材料的发展与前景J.山西科技，2007，(3)：91-92。3 潘连明，朱正锋，张国荣，等，Al-Si系铸造铝合金材料的研究J.机车车辆工艺，2007，(1)：5-7。4 曾斌，罗佑新，刘奇元，过共晶铝硅合金中初晶硅的变质机理探讨J.轻金属，2008，(5)：48-50。5 徐国庆，纪坤，金云学，Al-P-RE-Sr复合变质过共晶铝硅合金J.热加工工艺，2008，37(11)：28-33。6 余国勋，李华基，张晓萍，复合变质对过共晶Al-24%Si合金组织的影响J.铝加工，2008，(3)：45-48。7 朱丹，快速凝固雾化法制备

7、铝硅合金粉末工艺研究J.甘肃科技，2008，24(13)：64-65。8 李小平，陈振华，曹标，等，高硅铝合金悬浮铸造的组织细化J.特种铸造及有色合金，1999，(6)：20-21。9 C. Chaparro, L. Mondragon. Application of an ultrasound technique to control the modification of Al-Si alloysJ. Materials & Design.1995(16):4750.10 Liu Xiangfa, Wu Yuying, Bian Xiufang. The nucleation sites

8、of primary Si in Al-Si alloys after addition of boron and phosphorusJ. Journal of Alloy and Compounds.2005,391: 90-94.11 李勇，高光亮，牛丽媛，等，变质剂变质处理过共晶铝硅合金研究概况J.浙江工贸职业技术学院学报，2008，8(1)：43-46。12 潘金生，仝健民，田民波，材料科学基础M.北京;清华大学出版社，1998，487-488。13 刘相法，边秀房，马家骥，铝合金组织遗传现象及其利用的研究J.铸造，1994，10：1822。14 Mondolfo, L.F.; Ba

9、rlock, J.G. Effect of Superheating on Structure of Some Aluminum Alloys.J. Metall. Trans. B, 1975, 6B, (4): 565-572.15 陈光，蔡英文，李建国，等，熔体热处理研究及其应用.J.河北科技大学学报1998(1)：612。16 魏朋义，傅恒志，熔体温度处理对快凝Al-Si过共晶合金条带微观组织及性能的影响.J.金属学报，1996，32 (8)：817822。17 Manchang GUI，Jun JIA，Guangsheng SONG，etc. Microstructure of Al

10、-Si Alloys Rapidly Solidified From the Different Temperature Melts.J.J.Mater.Sci.Tech.，1999, 15,(3):225228研究和实验的主要内容、研究方法与手段、预期成果:主要内容：1） 将硅含量在13-25%范围内的过共晶Al-Si合金在不同温度下进行不同时间的过热处理，然后将过共晶合金进行快速冷却，研究过共晶合金中初晶硅的溶解动力学过程，找到初晶硅完全溶解的最佳温度与时间；2） 将经熔体过热处理的过共晶Al-Si合金在不同温度下（液相线温度以下）进行不同时间的重熔处理，然后将过共晶合金进行快速冷却，研究

11、过共晶合金在半固态重熔时初晶硅的析出动力学过程及重熔温度与保温时间对初晶硅尺寸与形态的影响。3） 将过共晶Al-Si合金在不同温度和时间下进行完全熔体过热处理，然后将过共晶合金进行炉冷和空冷，研究不同熔炼工艺参数对过共晶合金凝固过程中初晶硅的析出动力学行为（初晶硅尺寸与形态）的影响。研究方法与手段：1） 取数个1克过共晶Al-Si合金放入石英管中抽真空密封，在不同温度下进行不同时间的过热处理，然后将合金试样进行水淬冷却；2） 将水淬试样制成金相样品，采用硝酸酒精进行腐蚀，在光学显微镜观察不同过热温度和时间下合金样品中初晶硅的尺寸与形态；找出初晶硅完全溶解的工艺参数。3） 取数个1克过共晶Al-

12、Si合金放入石英管中抽真空密封，在初晶硅完全溶解的工艺参数下进行过热处理，然后将该合金进行水淬冷却；4） 再将水淬样品放入石英管中抽真空密封，在液相线温度以下不同温度和保温时间下进行重熔处理，然后将该合金进行水淬冷却；5） 将水淬重熔试样制成金相样品，采用硝酸酒精进行腐蚀，在光学显微镜观察不同重熔温度和时间下合金样品中初晶硅的尺寸与形态。6） 取数个1克过共晶Al-Si合金放入石英管中抽真空密封，在初晶硅完全溶解的工艺参数下进行过热处理，然后将该合金进行炉冷和空冷；7） 将炉冷和空冷试样制成金相样品，采用硝酸酒精进行腐蚀，在光学显微镜观察炉冷和空冷合金样品中初晶硅的尺寸与形态。预期成果：1）获

13、得不同成分过共晶Al-Si合金中初晶硅的溶解和析出规律，为制定消除不同成分过共晶Al-Si合金的组织遗传性的熔炼和凝固工艺参数提供理论依据和指导；2）在CSCD核心期刊和EI收录以上刊物上发表研究论文1-2篇。本项目的创新之处1） 实验中采用石英管进行真空密封，防止铝合金熔炼过程中的氧化，将减少实验过程中其它因素对实验结果的影响，提高实验结果的可靠性。2） 对不同成分的过共晶铝硅合金，都将得到一种消除其组织遗传性的最佳熔炼工艺参数，对科研与生产的指导具有针对性。可行性分析1）指导教师王建华教授从事铝合金研究工作多年，在各种刊物上发表了许多相关科研论文，具有很丰富的科研和实践经验，指导学生进行科

14、研工作细致有方法，因此圆满完成本项目在技术上是完全可行的。2）实验室仪器较为齐全，研究环境良好，为本项目的完成提供了实验条件。目前可为本项目提供的主要设备有：中温箱式电阻炉、图像分析仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪等。3）本项目所在的材料设计研究所有着良好的科研学术氛围，取得了一系列科研成果。由于成绩突出，该研究所获得首届湖南省十大杰出青年科技创新集体的称号，同时该所非常重视学生的科研能力的培养，近年来在指导学生参加各类科技作品的制作和研究上取得了不俗的成绩，主要成绩有： 在湖南省第五届“挑战杯”大学生课外科技作品竞赛中获二等奖； 在第八届“挑战杯”全国大学生课外科技作品竞赛中获二等奖。相信本

15、项目在实验室的良好学术和科研氛围的影响和王建华教授的指导下，一定能很好的完成预定的研究和实验计划。4）本项目的研究人员为大二的本科学生、下学期进入大三学习，成绩非常优秀，大多为学校甲等奖学金和乙等奖学金的获得者，专业知识扎实，有着充足的课余时间，而且对科学研究有着浓厚的兴趣，在王建华教授的指导下，相信能按时完成研究和实验任务。注：本表空栏不够可另附纸张指导教师情况王建华，男，64年2月出生，教授，博士生导师，九三社员。湖南省121人才梯队第三层次成员， 湘潭大学“材料设计及制备技术”湖南省重点实验室副主任。现任湘潭大学机械工程学院材料工程系主任。1980年考入湖南大学机械工程学院铸造专业学习，

16、1984.7.毕业后被分配到邵东机床附件厂从事技术工作，任技术员和厂长助理。针对大型灰口铸铁和球墨铸铁件工艺出品率低和废品率高的问题，大胆进行铸件的铸造工艺改进，实现了球铁矿石烧结台车的无冒口铸造和大型飞轮灰铸铁的压边浇冒口铸造等，是使铸件的工艺出品率显著提高，并使铸件的废品率大大下降。1989.31993.8 在哈尔滨行业大学硕士研究生毕业后被分配到长春第一汽车制造厂铸造分厂从事技术工作，1992年元月被破格评为工程师，主管铸铁的熔炼和铸件的材质质量工作，期间采用Cr-Mn-Si合金代替铜生产灰铸铁汽缸体，不仅解决了缸壁硬度过低的问题，还大大降低了成本，每年为国家节约100万元。作为高碳当量

17、高强度铸铁汽缸体的应用研究项目的主要完成者，获得了1994年度机械工业部科技进步三等奖，同时获得中国第一汽车制造厂科技进步一等奖。1993.9作为引进人才调到湘潭大学任教，1994年评转为讲师，1999年破格晋升为副教授，2002年晋升为教授。期间对可锻铸铁低温退火进行了研究，调整铸铁的化学成分，采用复合孕育和金属型铸造等方法实现了可锻铸铁的低温石墨化退火。19992002年在中南大学攻读博士学位，师从易丹青教授，参与国家重大基础应用项目的研究工作（提高铝材质量），取得了较好的成绩，发表科研论文16篇。被评为2001年度优秀博士生，并获得IET基金奖学金。2003年被国家留学基金委选拔为200

18、42005年度中瑞互换访问学者，获得瑞典学会奖学金。2004.9.2005.6.在瑞典皇家工学院材料科学与工程系进行访问研究,在国际知名热力学专家Bo Sundman的指导下开展合金热力学研究。期间在国外刊物上发表3篇学术论文, 并携文参加了在2005年5月在荷兰举办的第34届相图计算与热力学学术会议。在湘潭大学任教以来，主讲过计算机基础、BASIC语言、PASSICAL语言、热工测量仪表、铸造生产概论、金属工艺学、工程材料及热处理和材料物理性能与力学性能等本科生课程，主讲了材料科学基础、材料制备技术等研究生课程。2003年以来，参与高强钢板镀锌过程中的热力学问题的研究工作，作为合金体系的热力

19、学分析及其在材料设计中的应用项目的主要完成者获得2004年湖南省科技进步三等奖，获得2007年湖南省科技进步二等奖。作为金属材料专业教学改革与实践项目的主要实践者获得了2004年湖南省教委教改项目奖三等奖。参与的连续镀锌锌池中有效铝检测系统及相关技术项目通过了教育部的科技成果签定。目前已经以第一作者发表科研论文50余篇，20余篇发表在CSCD核心期刊，并已经有12篇分别被EI或SCI光盘版收录，近20篇被EI网络版收录。本人是湘潭大学自然科学学报、中南大学学报和中国有色金属学报Journal of Materials Engineering and Performance和Materials Surface Coating And Technology的审稿人。第 10 页 共 10 页