承壓件用鑄造鋁硅系合金組織與性能研究.pdf

1、近共晶鑄造Al-Si合金具有微孔傾向小、鑄造性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)，適用于復(fù)雜承壓件罐體的生產(chǎn)。但是，較低的力學(xué)性能限制了其在復(fù)雜承壓件罐體中的應(yīng)用。因此，從合金化、細(xì)化與變質(zhì)以及熱處理工藝優(yōu)化三個(gè)角度，來(lái)提高近共晶鑄造Al-Si合金力學(xué)性能，具有一定的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文基于近共晶Al-11Si-0.3Mg合金，研究了合金元素Cu對(duì)該合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著Cu含量的增加，合金的抗拉強(qiáng)度增大、延伸率下降，當(dāng)

2、Cu添加量超過(guò)2.0％，抗拉強(qiáng)度和延伸率同時(shí)下降。當(dāng)添加Cu含量至1.5％時(shí)，抗拉強(qiáng)度和延伸率達(dá)到270MPa和4.2％。相分析表明，當(dāng)Cu添加量少于1.0％時(shí)，析出相為Mg2Si和Q-Al5Si6Cu2Mg8，當(dāng)添加Cu添加量超過(guò)1.0％，即轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2Cu和Q-Al5Si6Cu2Mg8。通過(guò)斷口觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Cu含量至2.0％時(shí)，會(huì)形成大量孔洞，并且發(fā)現(xiàn)β-Fe降低了合金的力學(xué)性能。根據(jù)合金綜合力學(xué)性能表現(xiàn)，最佳成分的合金為Al-11

3、Si-1.SCu-0.3Mg。向Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金中添加了不同含量La，研究了La對(duì)其顯微組織和力學(xué)性能的影響，以及La、B及Sr三者之間的交互作用。結(jié)果表明，當(dāng)B添加量至0.05％時(shí)，由于SrB6的生成，導(dǎo)致枝晶細(xì)化和共晶硅變質(zhì)作用衰退，而在上述基礎(chǔ)上添加0.1％ La，枝晶和共晶硅特征參數(shù)都達(dá)到最小，枝晶細(xì)化和共晶硅變質(zhì)衰退作用不再存在，并且細(xì)化和變質(zhì)效果表現(xiàn)優(yōu)異，此時(shí)力學(xué)性能達(dá)到最優(yōu)。研究發(fā)現(xiàn)，La與B生成

4、了具有異質(zhì)形核作用的LaB6顆粒，從而抑制了“毒化”作用的發(fā)生。故而，最佳細(xì)化和變質(zhì)添加方式為0.1％La+0.05％B+0.03％Sr。對(duì)采用0.1％La+0.05％B+0.03％Sr進(jìn)行細(xì)化和變質(zhì)的Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金，進(jìn)行了固溶和時(shí)效工藝的優(yōu)化，以進(jìn)一步提高合金力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用雙級(jí)固溶工藝(490℃×4h+505℃×4h)，合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率可分別達(dá)到343MPa和10.2％;再經(jīng)170℃×6

5、h，抗拉強(qiáng)度和延伸率可達(dá)399MPa和5.0％。最后研究了La、B聯(lián)合細(xì)化對(duì)Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金時(shí)效析出行為的影響，發(fā)現(xiàn)La、B聯(lián)合細(xì)化后可縮短達(dá)到時(shí)效峰值的時(shí)間，并且使時(shí)效峰值增大。通過(guò)TEM觀察，發(fā)現(xiàn)La、B聯(lián)合細(xì)化后的θ'析出相尺寸變小。通過(guò)Johnson-Mehl-Avrami方程與Arrhenius方程的擬合計(jì)算，La、B聯(lián)合細(xì)化后θ'相析出形核激活能從42.83 kJ/mol下降至30.54 kJ/mo