al-si系多元铸造铝合金的研究

al-si系多元铸造铝合金的研究

中国的铝制造分为四种类型，其中大多数是有28个车牌的，而al-sin是其中的一半。他们是生产汽车铝材料的主要系列。这些铝铸件的化学成分和处理方法均沿用原苏联的标准,铸态下的抗拉强度δb≤240MPa,延伸率δ≤2%。虽然某些Al-Si系合金可经固溶处理+时效可提高其强度(≥320MPa),而延伸率却大大下降。日本某些牌号Al-Si系合金的特征是化学成分复杂,均属多组元(至少6个)合金,且杂质含量范围较宽。其铸态下的抗拉强度δb≥300Mpa,延伸率δ≥2%,在铸态下就能满足铸件的使用要求。我们研究开发一种具有我国特色的新型Al-Si系合金以取代某些日本牌号合金,其化学成分和处理方法及力学性能指标均应优于日本合金。既可节约能源,又可降低铝铸件的生产成本。从而加快汽车铝铸件的国产化进程,大大降低汽车生产的总成本。1配合物的选择对al-si目前,我国的Al-Si系合金虽然其化学成分也向多元合金化发展,但大多数合金均需要固溶处理+时效的方法来提高合金的强度,而韧性大大降低。为了追求Al-Si系合金的强韧性的良好配合,参考日本AC8A合金的特点,采用六个组元配合,在Al-Si合金的基础上加入Cu、Mn、Mg、Ni、Zn等组元,用Ti细化晶粒,并将Fe的含量控制在1.2%以下。在最佳化学成分的基础上,分别用Sr、Sb、RE对合金进行变质处理,细化晶粒。采用多元合金的目的是充分发挥合金元素之间的协同效应,相互加强,取长补短。1.1u3000si改色剂在al合金中的应用众所周知,Al-Si系合金常含有Si、Cu、Mn、Mg、Ni、Zn、Ti等合金元素,它们的作用不外乎是(1)溶入A1中起固溶强化作用。(2)与Al形成化合物强化相,起强化作用。(3)在A1中形成二元或多元共晶组织,改善合金的铸造工艺性能。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共晶体,提高铸造工艺性能及气密性。该共晶体可视为纯铝和纯硅的机械混合物,其中Si呈粗大针状,对基体有割裂作用,致使合金的机械性能很差。因此,需采用变质处理方法,将粗大针状Si改变成细小的粒状Si。Cu在Al中有较高的固溶度,并与Al形成Al2Cu和其它合金化合物强化相。我们在ZL108的基础上多加了1%-2%Cu,目的是提高合金的强度。Cu的加入量过多,会降低合金的塑性和流动性,并有增加晶间腐蚀的倾向。因此必须寻求最佳加入量。Mn在Al中的固溶度低于Cu,Mn在Al合金中可形成Al12CuMn2、Al10Mn2Si等强化相,提高合金的强度、硬度。Mn与Al形成较高熔点的共晶体,提高合金的耐热性。Mn可将Fe在Al合金中形成的粗大针状或片状化合物改变成AlFeMnSi、Al6(FeMn)、Al6(CuFeMn)等枝杈状、骨骼状、或颗粒状化合物。特别是AlFeMnSi相可溶入较多的Fe,从而消除Fe的有害作用。由于Mn的比重较大,在合金的冷凝过程中,易产生晶内偏析。Mg在Al中的固溶度略高于Cu,除固溶强化的作用外,还形成Mg2Si强化相,提高合金的强度、硬度。Mg具有良好的抗腐蚀性能,从而消除Cu的有害作用。在最佳化学成分的基础上加入0.05-0.1%Ti,形成Al3Ti高熔点化合物,它的结晶比α固溶体早,且尺寸细小而又弥散分布,它具有与铝相同的晶格类型和相近的晶格常数,具有共格对应晶面,可作为α固溶体的结晶核心,从而使α固溶体细化。1.2粗、细晶硅的细化在最佳化学成分的基础上加入Sr、Sb、Re可阻止硅晶体的优先析出,引起合金液的过冷,使粗晶硅和共晶硅细化。根据以上理论分析,加入适量的多元合金能抑制某些元素的有害作用,充分发挥合金元素之间的协同效应,相互加强,关键问题是寻求一种使合金强韧性提高的最佳成分组合。2b的浓度对反应的影响我们采用了正交试验法进行试验研究。参照日本AC8A合金成分的大致范围,用传统的熔炼工艺在SG-7.5-10坩埚电阻炉中用石墨坩埚冶炼。用L18(37)正交表安排18炉试验(见表1)考查Si、Cu、Mn、Mg、Ni、Zn等六种元素对δb的综合影响。在18组合金中,每组合金在金属浇注模中浇注五根标准拉伸棒,在材料试验机上测定δb,取其平均值。在最佳化学成分的基础上分别加入0.05%和0.1%Ti细化α固溶体晶粒。再分别用Sr、Sb、Re等元素对其进行变质处理,其目的是使粗晶硅和共晶硅细化。3cu对我国碳纳米银的强化效果从表1试验结果可知,Cu1Si2Mg2Mn2Ni2Zn2(下标为该因素的水平号)的抗拉强度最高(258.3MPa),其次为Cu2Si2Mg3Mn3Ni1Zn1(257.1MPa)和Cu2Si3Mg1Mn1Ni2Zn2(255.3MPa)。极差分析,第一列位级1之和为1513,第二列位级3之和为1471,第三列位级2之和为1493,第四列位级3之和为1497,第五列位级2之和为1486,第六列位级1之和为1478,第七列位级2之和为1492,从极差大小可知,各因素的重要性依次排列为Cu-Mg-Si-Zn-Mn-Ni从各因素的变化趋势可知,抗拉强度随Cu含量的增多而提高,Cu的强化效果显著。综上分析,该合金最佳成分配合为Si10.8%、Cu3.5%、Mn0.35%、Mg0.30%、Ni0.50%、Zn0.25%。按最佳成分配合重新熔炼了五组合金,用Ti细化晶粒并分别用Sr、Sb、Re等元素对其进行变质处理,五组合金的主要成分及Ti、Sr、Sb、Re的加入量和性能测试指标见表2。从表2数据可知,用Ti细化晶粒并分别用Sr、Sb、Re等元素进行变质处理(变质处理720±10℃,时间0.5小时),其σb和δ值均有较大的提高,特别是用0.05%Ti细化晶粒并用0.50%Sb变质处理,其抗拉强度达到302Mpa,延伸率达到2.2%,均超过日本AC8A合金。而再用Re(稀土)变质处理的拉伸断口可看出有明显的气孔存在,说明Re易造成合金液吸气。3.1al的改变图1a-e分别为表2中5组合金的金属型铸造金相组织照片。从图a可看出,组织中有大块白色骨骼状的α(Al),黑色块状粗晶硅,针状共晶硅,针状共晶硅对基体有切割作用,致使合金性能不高。图b骨骼状的α(Al)略有细化,粗晶硅和共晶硅基本无变化,性能略有提高。图c仍存在块状粗晶硅和针状共晶硅,但比前2组合金有所细化,性能也有所提高,说明Sr变质虽起作用但效果较差。图d块状粗晶硅和针状共晶硅已改变成细小的粒状硅,说明Sb的变质效果比Sr好,强度和塑性都提高,达到研制的性能指标。图e中α(Al)比较细小且均匀,说明Ti的加入量合适,块状粗晶硅和针状共晶硅已改变成细小的粒状硅,Re的变质效果好。该组合金应有较好的强韧性配合,但由于Re易造成合金液吸气,部分拉伸试样宏观断口有明显气孔,致使平均性能指标有所下降。4ti、al等用量对材料力学性能的影响通过上述金相组织及性能分析、讨论,充分说明合金的性能取决于化学成分、组织、形态及分布。该新型Al-Si系多元合金最佳成分为Si:10.8%、Cu:3.5%、Mn:0.35%、Mg:0