DC鑄造強(qiáng)韌型過(guò)共晶變形鋁硅合金的組織與力學(xué)性能.pdf

1、過(guò)共晶鋁硅合金具有熱膨脹系數(shù)低、耐磨性高、導(dǎo)熱性好、密度小、鑄造性能良好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)制造、航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文針對(duì)過(guò)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(kāi)發(fā)了室溫及高溫強(qiáng)韌性能好，可應(yīng)用于大功率發(fā)動(dòng)機(jī)制造的新型合金。主要結(jié)論如下:
　　設(shè)計(jì)出含微量Zr、V、Ti元素的Al-17.5 Si-4.5Cu-1Zn-0.7Mg-0.5Ni過(guò)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(xì)顯微組織的過(guò)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(xì)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(xì)化機(jī)理為AlP異質(zhì)形核及DC鑄造所產(chǎn)生的較大過(guò)冷度。
　　在細(xì)化合金凝固組織

3、的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)上作為鑄造合金使用的過(guò)共晶鋁硅合金施加了熱變形。合金在變形溫度為400℃～500℃和應(yīng)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(yīng)力隨變形溫度的升高而減小，隨應(yīng)變速率的增大而增大。在實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(guò)程中合金鋁基體發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。熱變形合金在峰時(shí)效狀態(tài)下，室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到396MPa，伸長(zhǎng)率達(dá)到1.28％;300℃時(shí)抗拉強(qiáng)度達(dá)到110MPa，伸長(zhǎng)率為12.24％，為過(guò)共晶變形鋁硅合金在大功率發(fā)動(dòng)機(jī)上的

5、應(yīng)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?cái)嗔延蓱?yīng)力集中造成初晶硅的破碎引起，而拉伸試樣高溫?cái)嗔延晒桀w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(shí)效處理過(guò)程中的析出序列為θ序列和Q序列。θ序列脫溶過(guò)程為:過(guò)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(guò)程為:過(guò)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(cuò)、晶界等能量較高的位置優(yōu)先形核和長(zhǎng)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(shí)效主要源于鋁基體中析出的彌散分布的細(xì)小片層狀θ"相和點(diǎn)狀Q"相。在150℃～180℃時(shí)效處理過(guò)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(shí)效16h后室溫強(qiáng)度降低的原因。
　　DC鑄造過(guò)共晶變形鋁硅合金的強(qiáng)韌化機(jī)制可歸結(jié)為組織細(xì)化強(qiáng)韌化、熱變形強(qiáng)韌化、硅相粒化強(qiáng)韌化、沉淀相強(qiáng)化