al-si系多元鑄造鋁合金的研究

al-si系多元鑄造鋁合金的研究

中國的鋁制造分為四種類型，其中大多數(shù)是有28個車牌的，而al-sin是其中的一半。他們是生產(chǎn)汽車鋁材料的主要系列。這些鋁鑄件的化學成分和處理方法均沿用原蘇聯(lián)的標準,鑄態(tài)下的抗拉強度δb≤240MPa,延伸率δ≤2%。雖然某些Al-Si系合金可經(jīng)固溶處理+時效可提高其強度(≥320MPa),而延伸率卻大大下降。日本某些牌號Al-Si系合金的特征是化學成分復雜,均屬多組元(至少6個)合金,且雜質(zhì)含量范圍較寬。其鑄態(tài)下的抗拉強度δb≥300Mpa,延伸率δ≥2%,在鑄態(tài)下就能滿足鑄件的使用要求。我們研究開發(fā)一種具有我國特色的新型Al-Si系合金以取代某些日本牌號合金,其化學成分和處理方法及力學性能指標均應優(yōu)于日本合金。既可節(jié)約能源,又可降低鋁鑄件的生產(chǎn)成本。從而加快汽車鋁鑄件的國產(chǎn)化進程,大大降低汽車生產(chǎn)的總成本。1配合物的選擇對al-si目前,我國的Al-Si系合金雖然其化學成分也向多元合金化發(fā)展,但大多數(shù)合金均需要固溶處理+時效的方法來提高合金的強度,而韌性大大降低。為了追求Al-Si系合金的強韌性的良好配合,參考日本AC8A合金的特點,采用六個組元配合,在Al-Si合金的基礎(chǔ)上加入Cu、Mn、Mg、Ni、Zn等組元,用Ti細化晶粒,并將Fe的含量控制在1.2%以下。在最佳化學成分的基礎(chǔ)上,分別用Sr、Sb、RE對合金進行變質(zhì)處理,細化晶粒。采用多元合金的目的是充分發(fā)揮合金元素之間的協(xié)同效應,相互加強,取長補短。1.1u3000si改色劑在al合金中的應用眾所周知,Al-Si系合金常含有Si、Cu、Mn、Mg、Ni、Zn、Ti等合金元素,它們的作用不外乎是(1)溶入A1中起固溶強化作用。(2)與Al形成化合物強化相,起強化作用。(3)在A1中形成二元或多元共晶組織,改善合金的鑄造工藝性能。其中Si是主要添加元素,其含量大致是9.6%-12%,接近共晶成分。主要作用是形成Al+Si共晶體,提高鑄造工藝性能及氣密性。該共晶體可視為純鋁和純硅的機械混合物,其中Si呈粗大針狀,對基體有割裂作用,致使合金的機械性能很差。因此,需采用變質(zhì)處理方法,將粗大針狀Si改變成細小的粒狀Si。Cu在Al中有較高的固溶度,并與Al形成Al2Cu和其它合金化合物強化相。我們在ZL108的基礎(chǔ)上多加了1%-2%Cu,目的是提高合金的強度。Cu的加入量過多,會降低合金的塑性和流動性,并有增加晶間腐蝕的傾向。因此必須尋求最佳加入量。Mn在Al中的固溶度低于Cu,Mn在Al合金中可形成Al12CuMn2、Al10Mn2Si等強化相,提高合金的強度、硬度。Mn與Al形成較高熔點的共晶體,提高合金的耐熱性。Mn可將Fe在Al合金中形成的粗大針狀或片狀化合物改變成AlFeMnSi、Al6(FeMn)、Al6(CuFeMn)等枝杈狀、骨骼狀、或顆粒狀化合物。特別是AlFeMnSi相可溶入較多的Fe,從而消除Fe的有害作用。由于Mn的比重較大,在合金的冷凝過程中,易產(chǎn)生晶內(nèi)偏析。Mg在Al中的固溶度略高于Cu,除固溶強化的作用外,還形成Mg2Si強化相,提高合金的強度、硬度。Mg具有良好的抗腐蝕性能,從而消除Cu的有害作用。在最佳化學成分的基礎(chǔ)上加入0.05-0.1%Ti,形成Al3Ti高熔點化合物,它的結(jié)晶比α固溶體早,且尺寸細小而又彌散分布,它具有與鋁相同的晶格類型和相近的晶格常數(shù),具有共格對應晶面,可作為α固溶體的結(jié)晶核心,從而使α固溶體細化。1.2粗、細晶硅的細化在最佳化學成分的基礎(chǔ)上加入Sr、Sb、Re可阻止硅晶體的優(yōu)先析出,引起合金液的過冷,使粗晶硅和共晶硅細化。根據(jù)以上理論分析,加入適量的多元合金能抑制某些元素的有害作用,充分發(fā)揮合金元素之間的協(xié)同效應,相互加強,關(guān)鍵問題是尋求一種使合金強韌性提高的最佳成分組合。2b的濃度對反應的影響我們采用了正交試驗法進行試驗研究。參照日本AC8A合金成分的大致范圍,用傳統(tǒng)的熔煉工藝在SG-7.5-10坩堝電阻爐中用石墨坩堝冶煉。用L18(37)正交表安排18爐試驗(見表1)考查Si、Cu、Mn、Mg、Ni、Zn等六種元素對δb的綜合影響。在18組合金中,每組合金在金屬澆注模中澆注五根標準拉伸棒,在材料試驗機上測定δb,取其平均值。在最佳化學成分的基礎(chǔ)上分別加入0.05%和0.1%Ti細化α固溶體晶粒。再分別用Sr、Sb、Re等元素對其進行變質(zhì)處理,其目的是使粗晶硅和共晶硅細化。3cu對我國碳納米銀的強化效果從表1試驗結(jié)果可知,Cu1Si2Mg2Mn2Ni2Zn2(下標為該因素的水平號)的抗拉強度最高(258.3MPa),其次為Cu2Si2Mg3Mn3Ni1Zn1(257.1MPa)和Cu2Si3Mg1Mn1Ni2Zn2(255.3MPa)。極差分析,第一列位級1之和為1513,第二列位級3之和為1471,第三列位級2之和為1493,第四列位級3之和為1497,第五列位級2之和為1486,第六列位級1之和為1478,第七列位級2之和為1492,從極差大小可知,各因素的重要性依次排列為Cu-Mg-Si-Zn-Mn-Ni從各因素的變化趨勢可知,抗拉強度隨Cu含量的增多而提高,Cu的強化效果顯著。綜上分析,該合金最佳成分配合為Si10.8%、Cu3.5%、Mn0.35%、Mg0.30%、Ni0.50%、Zn0.25%。按最佳成分配合重新熔煉了五組合金,用Ti細化晶粒并分別用Sr、Sb、Re等元素對其進行變質(zhì)處理,五組合金的主要成分及Ti、Sr、Sb、Re的加入量和性能測試指標見表2。從表2數(shù)據(jù)可知,用Ti細化晶粒并分別用Sr、Sb、Re等元素進行變質(zhì)處理(變質(zhì)處理720±10℃,時間0.5小時),其σb和δ值均有較大的提高,特別是用0.05%Ti細化晶粒并用0.50%Sb變質(zhì)處理,其抗拉強度達到302Mpa,延伸率達到2.2%,均超過日本AC8A合金。而再用Re(稀土)變質(zhì)處理的拉伸斷口可看出有明顯的氣孔存在,說明Re易造成合金液吸氣。3.1al的改變圖1a-e分別為表2中5組合金的金屬型鑄造金相組織照片。從圖a可看出,組織中有大塊白色骨骼狀的α(Al),黑色塊狀粗晶硅,針狀共晶硅,針狀共晶硅對基體有切割作用,致使合金性能不高。圖b骨骼狀的α(Al)略有細化,粗晶硅和共晶硅基本無變化,性能略有提高。圖c仍存在塊狀粗晶硅和針狀共晶硅,但比前2組合金有所細化,性能也有所提高,說明Sr變質(zhì)雖起作用但效果較差。圖d塊狀粗晶硅和針狀共晶硅已改變成細小的粒狀硅,說明Sb的變質(zhì)效果比Sr好,強度和塑性都提高,達到研制的性能指標。圖e中α(Al)比較細小且均勻,說明Ti的加入量合適,塊狀粗晶硅和針狀共晶硅已改變成細小的粒狀硅,Re的變質(zhì)效果好。該組合金應有較好的強韌性配合,但由于Re易造成合金液吸氣,部分拉伸試樣宏觀斷口有明顯氣孔,致使平均性能指標有所下降。4ti、al等用量對材料力學性能的影響通過上述金相組織及性能分析、討論,充分說明合金的性能取決于化學成分、組織、形態(tài)及分布。該新型Al-Si系多元合金最佳成分為Si:10.8%、Cu:3.5%、Mn:0.35%、Mg:0