《有色金属材料制备与应用》课件 3-铸造铝硅合金

《合金熔炼与制备》15:49:282铸造铝硅合金的分类？含硅量对性能的影响？多元铸造铝硅合金？一题录二三15:49:28一、铸造铝硅合金的分类？1、硅含量对组织的影响

共晶温度577度，硅在α固溶体中的最大溶解度为1.65%，共晶成分Si为12.6%分类：共晶、亚共晶和过共晶。下一页图Al-Si二元相图15:49:28一、铸造铝硅合金的分类？图

共晶铝硅合金的显微组织返回15:49:28一、铸造铝硅合金的分类？图

亚共晶铝硅合金的显微组织返回共晶Si相

15:49:28一、铸造铝硅合金的分类？返回图

过共晶铝硅合金的显微组织15:49:28二、含硅量对性能的影响？|1、铸造性能规律：随Si量的增加，流动性先增加后减小。含Si为16～18％时，流动性最好。原因：（1）结晶温度范围；（2）Si的结晶潜热大。15:49:28二、含硅量对性能的影响？|1、铸造性能（1）变化规律随Si量的增加，线收缩、体收缩均随着下降。（2）变化原因纯Al的线收缩、体收缩率较大，但Si几乎不收缩。15:49:28二、含硅量对性能的影响？|1、铸造性能（1）热烈倾向随Si量的增加，热裂倾向下降。常用Al-Si合金的含Si量均在5％以上。（2）气密性随Si量的增加，气密性先差再好再变差。原因：与结晶温度范围有关。范围越小，产生疏松倾向也越小，则不易产生析出性气孔，合金的气密性就越高。15:49:28二、含硅量对性能的影响？|2、力学性能15:49:28二、含硅量对性能的影响？|3、物理、化学性能（1）密度Si的密度只有2.35，比Al还要小，所以合金中Si量增加，密度也直线下降。（2）导电、导热性能Si的加入会导致铝合金的导电、导热性能显著下降。直线K：合金在300℃回火状态下的电导率变化；曲线Kˊ：合金在500℃淬火状态下的电导率变化。15:49:28二、含硅量对性能的影响？|3、物理、化学性能（3）耐磨性

Si的显微硬度HV有1000~1300，而纯Al的显微硬度HV只有60~100，有Si相析出的Al-Si合金，是软的基体上分布着很多硬质点的理想的耐磨材料，合金的磨损量将随Si量的增加而不断减少，即耐磨性变好。（4）耐腐蚀性

Al-Si合金的表面有致密的Al2O3和SiO2保护膜存在，组织中基体和Si相的电位差不大，因此合金有良好的抗蚀性能，甚至在海水中经相当长时间的浸蚀后，仍能保持原来的力学性能，应力腐蚀的倾向也很小。（5）线膨胀系数纯Al在0～100℃时，每1℃的线膨胀系数=23.5×10-6，而Si的=7.6×10-6，相差3倍多。所以含Si量越高，合金的线膨胀系数越小。这也是Al-Si合金能广泛应用于活塞的重要原因。15:49:28二、含硅量对性能的影响？|4、切削加工性能

（1）Si量增加，共晶体增多，利于改善切削性能。特别是变质后，合金的晶粒细化，切削性能更好。 （2）当Si量>15%，初晶Si含量变多，合金的切削性能和表面粗糙度均变差。15:49:28二、含硅量对性能的影响？|4、切削加工性能改善过共晶铝硅合金切削加工性能的方法：

1、细化初晶Si；2、加入一些易切削元素，锡、铋、铅等；3、采用加热切削、电解磨削等工艺；4、使用金刚石刀具，并配合恰当的切削速度和切削液等。

因此，为了兼顾合金的铸造性能和力学性能，并使切削加工性能不致太差，Al-Si合金的含Si量一般选择在7~13％左右。15:49:28三、多元铸造铝硅合金？|1、Al-Si-Mg（1）加入后形成什么？出现Mg2Si相，具有很好的强化效果。

（2）能加多少？

Mg在α固溶体中的最大溶解度为0.7%，室温时0.1%-0.15%。

一般加入量：0.15%-0.4%。（3）通常室温组织：α初晶、二元共晶（α+Si）及三元共晶（+Si+Mg2Si）组成。（4）力学性能，如下图。15:49:28三、多元铸造铝硅合金？|1、Al-Si-Mg应用典型代表：ZL10115:49:28三、多元铸造铝硅合金？|1、Al-Si-Mg应用典型代表：ZL10415:49:28三、多元铸造铝硅合金？|2、Al-Si-Cu1、Cu对合金组织和性能的影响（1）出现CuAl2相，室温组织：Al、CuAl2和Si相及二元共晶体，富Al部分无三元化合物。（2）Cu在α中的最大溶解度在共晶温度时为4.9%，室温时Cu的溶解度接近于零，强化效果与Mg相似。图Al-Si-Cu三元相图等温溶解度15:49:28三、多元铸造铝硅合金？|2、Al-Si-Cu2、常用Al-Si-Cu合金

ZL107：6.5-7.5%Si，3.5-4.5%Cu。 优点：该合金铸造性能好，耐热性限，力学性能也好。不进行热处理也具有较高的力学性能，尤其适用于压铸，可用于制造250度以下工作的零件。缺点：膨胀系数增加，热裂倾向增加，抗腐蚀性较Al-Si-Mg合金差，相对密度增加。15:49:2815:49:28三、多元铸造铝硅合金？|3、Al-Si-Cu-Mg

图Al-5%Si-0.5％Mg合金中加入Cu对室温 图

在Al-5％Si-1.2％Cu（a）和高温（b）机械性能的影响 合金中加入Mg，对室温机械性能的影响（T5）

15:49:28三、多元铸造铝硅合金？|3、Al-Si-Cu-Mg1、Mg、Cu对Al-Si合金组织的影响

Al-Si合金中同时加入Mg和Cu，组织中将出现：α、Si、Mg2Si、CuAl2、W(AlxMg5Cu4Si4)五个相。

2、Mg、Cu的比例对组织的影响Cu/Mg=2.1时，出现α+Si+W三相组织Cu/Mg>2.1时，出现α+Si+W+CuAl2+Mg2Si五相组织Cu/Mg<2.1时，出现α+Si+Mg2Si三相组织15:49:28三、多元铸造铝硅合金？|3、Al-Si-Cu-Mg 3、Mg和Cu同时加入对合金性能影响当Mg2Si,CuAl2和W相数量相同时：

1、Ｗ相强化效果最好，在250~300℃时耐热性最好；2、Mg2Si相室温强化效果大于CuAl2相，但耐热性差；3、CuAl2相强化效最差，耐热性次之。图Al-5％Si-2％（Cu+Mg）四元合金中Cu量和Mg量变化对合金室温、高温抗拉强度的影响

当Mg=0.6％，Cu=1.4％，Ｃu/Mg＝2.2左右，室温和高温的抗拉强度均达到最大值。从耐热性应用角度出发，Ｃu/Mg＝2.5左右较好。15:49:28三、多元铸造铝硅合金？|3、Al-Si-Cu-Mg常用的ZL111：Al-8~11Si-1.3~1.8Cu-0.4~0.6Mg-0.1~0.35Mn-0.1~0.35Ti。具有良好的铸造性能、较高的力学性能、较好的切削加工性能以及补焊性能，用于中等以上载荷的零件。

金属型试棒，T6处理：室温力学性能可达350-400MPa，伸长率2-4%，硬度110-130HB。

砂型试棒，T6处理：室温力学性能可达310-330MPa，伸长率>2%，硬度110-120HB。15:49:28三、多元铸造铝硅合金？|3、Al-Si-Cu-MgAl-Si-Cu-Mg显微组织图ZL111合金变质前后的显微组织（砂型，200×）a-变质前，b-变质后并经T8处理。其中数字表示：1-基体，2-Si，3-AlMnFeSi相，4-Mg2Si，5-CuAl2（未浸蚀）

15:49:28

含铁相硬而脆，往往以粗大的针状穿过（Al）晶粒，大大削弱了基体。|杂质元素的影响三、多元铸造铝硅合金？1、铁的有害作用和消除方法|杂质元素的影响1、铁的有害作用和消除方法（1）来源：炉料、坩埚和熔炼工具。（2）有害作用：

(a)降低力学性能；

(b)降低了合金的流动性；

(c)降低了合金的抗腐蚀性能。三、多元铸造铝硅合金？15:49:28（3）消除方法：a、提高冷却速度。冷速越快，含Fe相越小。故不同铸造方法允许含Fe量不同：砂型≤0.6%、金属型≤1.0%、压铸≤1.2-1.5%。b、加入微量Mn、Cr、Co、Mo、Be等元素，形成复杂多元化合物，如AlSiMnFe相，改变Fe相形状后通常呈灰色、块状、杆状或团状，降低割裂基体的有害作用。

注：Mn含量也不易加入过多，会（FeMn）Al6粗大脆性化合物，造成强烈偏析，恶化力学性能。通常Mn≤0.5%，Mn：Fe=（0.67-0.83）:1效果最佳。

c、含Fe相相对密度较大，会沉至坩埚底，浇注时一般底部铝液不浇铸件。|杂质元素的影响三、多元铸造铝硅合金？15:49:282、Sn和Pb

（1）Sn和Pb在合金中会形成低熔点 共晶，对热处理不利。 （2）Sn