變質(zhì)處理對(duì)ADC12鑄造鋁硅合金組織及性能的影響★

劉 偉，田治坤

（湖南國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 湘潭 411207）

鑄造鋁硅合金具有低密度、高的熱強(qiáng)性和耐磨性，在汽車(chē)制造、航空航天及家電等領(lǐng)域到廣泛的應(yīng)用[1-3]。在鋁硅合金中，ADC12合金因其鑄造性能及耐蝕性能好、回收率高等特點(diǎn)具有極高的研究?jī)r(jià)值[4]，但由于該合金Si含量較高，合金組織中的硅相呈粗大的針片狀，嚴(yán)重割裂基體[5]，為改善其組織與性能，本文探究不同Sr含量對(duì)ADC12合金組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料及熔煉

根據(jù)ADC12合金成分表熔煉合金，待合金混合均勻后將溫度控制在735℃左右添加Sr變質(zhì)劑，保溫10 min，然后進(jìn)行精煉除氣處理，15 min后將溫度控制在710℃左右后澆入至預(yù)熱的金屬模具中進(jìn)行凝固成型。ADC12合金的成分如表1所示。

表1 ADC12鋁合金化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)方法

該實(shí)驗(yàn)采用單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)法，以Sr含量為實(shí)驗(yàn)變量，通過(guò)添加不同含量的變質(zhì)劑研究其對(duì)ADC12鋁硅合金組織及性能的影響。變質(zhì)處理實(shí)驗(yàn)方案如表2所示。

表2 變質(zhì)處理實(shí)驗(yàn)方案

1.3 組織與性能測(cè)試

通過(guò)熔煉得到金屬試樣，經(jīng)粗磨、細(xì)磨、拋光、腐蝕后將其置于金相顯微鏡下（型號(hào)：ZEISS-Imager）觀察，得到金屬試樣的顯微組織，研究硅相在合金組織中的大小、形貌、分布特點(diǎn)等，獲得Sr變質(zhì)劑對(duì)合金顯微組織的影響規(guī)律。

根據(jù)GBT 6/397國(guó)標(biāo)將金屬試樣加工成兩端直徑D=10 mm、中間直徑d=5 mm的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，通過(guò)在WDW-E100D拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行常溫拉伸試樣，獲取力學(xué)性能數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 顯微組織

采用不同含量的Sr對(duì)ADC12合金進(jìn)行變質(zhì)處理，獲得鑄態(tài)下合金的金相顯微組織，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 鑄態(tài)下不同w(Sr)的合金金相顯微組織

圖1中，灰色的粒狀、條狀為共晶Si相，白色組織為α（Al）基體相。當(dāng)合金未加入Sr變質(zhì)劑時(shí)，其金相顯微組織如圖1-1所示，此時(shí)，硅相幾乎均為塊狀及針狀形態(tài)。共晶硅的這種形貌是由α（Al）枝晶的生長(zhǎng)形態(tài)導(dǎo)致而成，合金結(jié)晶時(shí)，當(dāng)熔體中不存在異質(zhì)晶核時(shí)，其枝晶的長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)主要依靠熱流的散失，由于α（Al）枝晶在某些特定方向總會(huì)擇優(yōu)生長(zhǎng)，導(dǎo)致先形成的α（Al）基體會(huì)繼續(xù)沿著某些方向進(jìn)行，后形成共晶硅相只能從α（Al）枝晶間隙中析出和長(zhǎng)大，使其具有塊狀及針狀形態(tài)的形貌。

添加Sr變質(zhì)劑的合金顯微組織如圖1-2、1-3、1-4所示，通過(guò)觀察我們發(fā)現(xiàn)此時(shí)的共晶Si相明顯比圖1-1細(xì)小、均勻。根據(jù)孿晶凹谷機(jī)制[6]，在鋁硅合金添加Sr變質(zhì)劑后，當(dāng)合金凝固結(jié)晶時(shí)，共晶Si相結(jié)晶前沿形成的孿晶凹谷處會(huì)富集Sr元素，成為異質(zhì)晶核，共晶Si相隨著晶核增多，多晶粒同時(shí)增長(zhǎng)，從而使塊狀、片狀的組織細(xì)化為纖維狀的等軸晶組織[7]。圖1-2、1-3是變質(zhì)不夠充分的金相組織，從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Sr變質(zhì)劑的含量升高時(shí)，合金顯微組織中的α（Al）枝晶、Si相開(kāi)始變細(xì)小，已有部分Si相轉(zhuǎn)變?yōu)槎汤w維狀，但仍存有塊狀、針狀的硅相。圖1-4中，晶粒細(xì)小圓整、分布均勻，Si相皆成短纖維狀，該組織為優(yōu)良的變質(zhì)處理顯微組織。因此，w(Sr)為0.06%時(shí)，ADC12合金的顯微組織最好。

2.2 力學(xué)性能

采用不同含量的Sr對(duì)ADC12合金進(jìn)行變質(zhì)處理，獲得鑄態(tài)下合金的力學(xué)性能，其變化規(guī)律如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)變質(zhì)劑w（Sr）增大時(shí)，ADC12合金的伸長(zhǎng)率和抗拉強(qiáng)度均大幅度增大；且當(dāng)w（Sr）為0.06%時(shí)，合金的綜合力學(xué)性能達(dá)到最大。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)在ADC12合金中添加Sr變質(zhì)劑，細(xì)化合金組織中的硅相，被細(xì)化后的硅相又會(huì)阻礙硅相旁邊的α（Al）基體長(zhǎng)大，從而使合金的晶粒整體得到細(xì)化，使合金的伸長(zhǎng)率與抗拉強(qiáng)度得到提高。

圖2 鑄態(tài)下w(Sr)對(duì)ADC12鋁合金力學(xué)性能的影響

3 結(jié)論

ADC12合金在未變質(zhì)處理前硅相的顯微組織呈粗大板片狀、多角形以及星狀分布，經(jīng)Sr變質(zhì)處理后，顯微組織明顯得到改善，力學(xué)性能得到提高，且w（Sr）為0.06%時(shí)變質(zhì)處理的效果最佳。