高強(qiáng)亞共晶Al-S-合金的研究.pdf

1、隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)正在朝著向輕量化、低能耗的方向發(fā)展。飛輪殼是汽車(chē)重要的基礎(chǔ)部件之一，它的輕量化發(fā)展對(duì)汽車(chē)發(fā)展有重要的意義。鋁及鋁合金作為一種輕金屬材料，具有其他材料無(wú)法比擬的優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、航空航天和機(jī)械等工業(yè)中，特別是Al-Si合金。雖然Al-Si系合金具有很多優(yōu)點(diǎn)，但其強(qiáng)度和硬度偏低，一般來(lái)說(shuō)Al-Si系合金不是高強(qiáng)合金。因此，開(kāi)發(fā)新型的高強(qiáng)性能的鋁合金成為了目前研究的熱點(diǎn)。
　　為獲得一種適于低壓鑄造的

2、高強(qiáng)亞共晶Al-Si合金，以滿足汽車(chē)飛輪殼的使用要求，本文通過(guò)合金成分優(yōu)化、細(xì)化變質(zhì)、合金化和熱處理等方法來(lái)提高合金的強(qiáng)度、硬度和剛度。通過(guò)查閱大量的文獻(xiàn)資料和前期研究，確定所研究的合金成分為Al-9Si-0.5Mg-xCu。通過(guò)Cu量對(duì)上述合金性能影響的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在Cu量1.5％時(shí)力學(xué)性能最佳，尤其在熱處理態(tài)T6下。因此，確定本課題所用的亞共晶Al-Si合金的基本成分為Al-9Si-0.5Mg-1.5Cu，簡(jiǎn)稱(chēng)為ZL118合金。

3、>　　使用的Al-5Ti-1B中間合金主要含有TiAl3和TiB2兩種粒子，TiAl3有塊狀、長(zhǎng)棒狀和花瓣?duì)钊N形態(tài)，對(duì)鋁合金細(xì)化效果最好的是塊狀的TiAl3。Al-5Ti-1B中間合金的加入使ZL118合金晶粒細(xì)化，力學(xué)性能得到提高。當(dāng)其含量為1.0％時(shí)，T6熱處理后合金的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度、伸長(zhǎng)率和彈性模量均達(dá)到峰值，分別為343.7MPa、281.4MPa、116HB、3.1％和73GPa，比未加Al-5Ti-1B時(shí)分別提高

4、11.3％、13.5％、5.9％、55％和12.6％。此時(shí)，初生α-Al相和共晶Si的大小、形狀和分布都達(dá)到了最佳的狀態(tài)，與力學(xué)性能最高相吻合。力學(xué)性能中的彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，細(xì)化和熱處理對(duì)其有一定的影響。當(dāng)量超過(guò)1.0％時(shí)，Ti過(guò)量，易聚集成塊，使TiAl3和TiB2失去異質(zhì)形核的作用，晶粒粗化，使力學(xué)性能降低。由于Cu和Mg的加入，合金中生成CuAl2相和W(Al4CuMg5Si4)相，還有少量的Mg2Si相，

5、T6熱處理后固溶相時(shí)效析出，彌散強(qiáng)化合金，明顯提高了力學(xué)性能。在已細(xì)化的實(shí)驗(yàn)合金基礎(chǔ)上添加0.1％富La混合稀土變質(zhì)，合金的力學(xué)性能都沒(méi)有明顯的提高，隨Re量的進(jìn)一步增加，力學(xué)性能反而降低。
　　在不同固溶時(shí)間下處理ZL118A合金，研究結(jié)果顯示，隨固溶時(shí)間的增加，合金的強(qiáng)度硬度依次升高，伸長(zhǎng)率依次降低，不過(guò)從10h到14h強(qiáng)度增加幅度小，變化比較平緩。彈性模量在70GPa左右波動(dòng)，固溶時(shí)間對(duì)其影響較小。實(shí)驗(yàn)合金的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率隨固

6、溶溫度的升高而略微有所下降，彈性模量處于微小的波動(dòng)狀態(tài)。
　　為了進(jìn)一步提高合金的剛度，研究了Sc對(duì)ZL118A合金的影響，添加0.3％Sc后合金的強(qiáng)度、硬度、彈性模量有所提高，伸長(zhǎng)率有所下降。彈性模量在鑄態(tài)下提高7.8％，熱處理態(tài)下提高2.7％。合金中的Al3Sc硬質(zhì)點(diǎn)與Al基體是共格界面，錯(cuò)配度小，間隙減少，微觀組織更加致密，抵抗變形的能力大，彈性模量有所提高。在ZL118A合金中添加不同量的Li，合金的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬

7、度和彈性模量都隨Li量的增加先增大后減小，伸長(zhǎng)率隨Li量的增加而減小。在熱處理態(tài)下，Li量1.0％時(shí)，合金的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度和彈性模量，分別為370.1MPa、313.8 MPa、122HB和78GPa，比未添加Li時(shí)分別提高7.7％、11.5％、5.2％和6.8％。彈性模量在Li量1.25％時(shí)達(dá)到最大值為79.1GPa，比未加Li時(shí)提高8.4％。合金中加Li不僅能進(jìn)一步細(xì)化變質(zhì)α-Al和共晶Si，還能生成AlLiSi相和成彌散