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变质及热处理对铸造铝硅合金组织及性能的影响

檀廷佐  
【摘要】:铸造铝硅合金是一种重要的合金材料,具有质量轻、强度高、耐磨耐蚀性好等优点,广泛应用于航空航天及汽车领域,但其组织中常出现的粗大共晶硅组织对合金的力学性能具有严重的不利影响,因此需要对该组织进行细化变质及相关热处理。稀土被认为是金属的“维他命”,对铸造铝硅合金具有良好的变质作用。 本文以Al-Nd中间合金的方式向ZL101铸造铝硅合金中添加不同含量稀土Nd进行变质处理。结果表明: Nd的添加使得合金中初晶α-Al组织由凌乱无规律性变得均匀规则,二次枝晶间距减小,共晶硅组织得到很好的细化,Nd含量达到0.3wt.%时细化效果最佳,合金硬度、抗拉强度及延伸率分别达到72HBS、190Mpa和2.9%,较未变质时分别提高28.6%、23.4%和52.6%,进一步提高Nd含量至0.4wt.%时,合金中生成化合物相Al8Si8MgNd2,对合金组织性能均不利;Nd的变质作用对冷却速度敏感性较强,只有当合金的冷却速度较大时才能发挥良好的细化效果;浸泡腐蚀及电化学腐蚀试验结果表明,Nd对合金耐腐蚀性能具有提高作用,添加0.1wt.%及0.3wt.%Nd后合金在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位由未变质时的-0.926V分别提高到了-0.786V、-0.703V,腐蚀电流密度由未变质时的4.046×10-5A/cm2分别降到了5.048×10-6A/cm2、2.215×10-6A/cm2;DSC曲线结果表明,Nd的添加使得合金的共晶过程被抑制,添加0.1wt.%及0.3wt.%Nd后共晶温度由未变质时的583.7℃分别降为580.6℃、576.5℃,Nd是通过影响合金晶粒的长大而非形核过程对合金产生变质作用的;重熔及长效性试验结果表明,Nd的变质具有很好的抗衰退能力,变质6h及重熔4次后合金组织仍呈细化状态;热处理正交试验结果表明,影响Nd变质合金力学性能的热处理参数先后次序为:时效温度>时效时间>固溶时间>固溶温度,理想热处理工艺参数为固溶540℃×6h+时效170℃×10h,此时合金抗拉强度、延伸率及硬度分别为298MPa、4.02%和98HBS,热处理后合金共晶硅组织被球化,拉伸断口呈现明显的韧窝形貌。


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