DC鑄造強韌型過共晶變形鋁硅合金的組織與力學性能.pdf

1、過共晶鋁硅合金具有熱膨脹系數(shù)低、耐磨性高、導熱性好、密度小、鑄造性能良好等諸多優(yōu)點，在汽車制造、航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。本文針對過共晶鋁硅合金硅相粗大、塑性差的難題，采用DC鑄造結(jié)合變質(zhì)處理以及后續(xù)熱加工和熱處理技術(shù)，開發(fā)了室溫及高溫強韌性能好，可應用于大功率發(fā)動機制造的新型合金。主要結(jié)論如下:
　　設計出含微量Zr、V、Ti元素的Al-17.5 Si-4.5Cu-1Zn-0.7Mg-0.5Ni過共晶鋁硅合金，采用DC鑄

2、造工藝并結(jié)合磷變質(zhì)處理，制備了具有極細顯微組織的過共晶鋁硅合金鑄錠。合金的凝固組織由初晶硅、α-Al枝晶、鋁硅共晶組織（共晶硅和共晶鋁），以及金屬間化合物Al2Cu、Al9(Fe，Cu)Ni和Al8FeMg3Si6所構(gòu)成。磷變質(zhì)處理可顯著細化合金中的初晶硅顆粒，如直徑100mm鑄錠的1/2半徑處和心部的初晶硅顆粒平均尺寸分別為13μm和19μm。初晶硅的細化機理為AlP異質(zhì)形核及DC鑄造所產(chǎn)生的較大過冷度。
　　在細化合金凝固組織

3、的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)上作為鑄造合金使用的過共晶鋁硅合金施加了熱變形。合金在變形溫度為400℃～500℃和應變速率為0.001 s-1～1 s-1的熱壓縮變形均顯示穩(wěn)態(tài)流變特征，合金的流變應力隨變形溫度的升高而減小，隨應變速率的增大而增大。在實驗條件范圍內(nèi)，合金的熱壓縮變形受熱激活控制，平均熱變形激活能為261.215 kJ/mol。合金的穩(wěn)態(tài)流變應力可用包含Z參數(shù)的方程描述，即:σ=51.813ln{(Z/1.072×1017)1/4.53

4、3+[(Z/1.072×1017）1/2.267+1]1/2}式中，Z=(ε)exp（261215/RT）。
　　合金經(jīng)熱變形后，鑄態(tài)組織中的α-Al枝晶被等軸晶組織所取代;?；墓柘嗪徒饘匍g化合物均勻地分布于鋁基體中。在熱形過程中合金鋁基體發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶。熱變形合金在峰時效狀態(tài)下，室溫抗拉強度達到396MPa，伸長率達到1.28％;300℃時抗拉強度達到110MPa，伸長率為12.24％，為過共晶變形鋁硅合金在大功率發(fā)動機上的

5、應用奠定了基礎(chǔ)。合金的室溫拉伸斷口和高溫拉伸斷口均顯示出混合型斷裂的特征。拉伸試樣室溫斷裂由應力集中造成初晶硅的破碎引起，而拉伸試樣高溫斷裂由硅顆粒與鋁基體界面的脫粘以及初晶硅的破裂引起。
　　熱變形合金在時效處理過程中的析出序列為θ序列和Q序列。θ序列脫溶過程為:過飽和固溶體→GP區(qū)→亞穩(wěn)相θ"→亞穩(wěn)相θ'→平衡相θ;Q序列脫溶過程為:過飽和固溶體→GP區(qū)→亞穩(wěn)相Q"→亞穩(wěn)相Q'→平衡相Q。θ序列析出相在鋁基體中非均質(zhì)形核，易于

6、位錯、晶界等能量較高的位置優(yōu)先形核和長大。Q序列析出相在鋁基體中均質(zhì)形核，均勻分布。熱變形合金的峰時效主要源于鋁基體中析出的彌散分布的細小片層狀θ"相和點狀Q"相。在150℃～180℃時效處理過程中，Q序列析出相的分布和形貌變化不大，而θ序列析出相的變化較大。θ"相向θ'相的轉(zhuǎn)變是合金180℃時效16h后室溫強度降低的原因。
　　DC鑄造過共晶變形鋁硅合金的強韌化機制可歸結(jié)為組織細化強韌化、熱變形強韌化、硅相?；瘡婍g化、沉淀相強化