铸造Al-Si-Mg合金具有流动性好、密度和热膨胀系数小、比强度高等优点,被广泛应用于汽车等工业领域。未经处理的铸造Al-Si-Mg合金的微观组织中含有粗大的α(Al)树枝晶和板条或针状的共晶Si相,极易造成基体割裂,损害合金的力学性能。工业上,可通过添加Al-Ti或Al-Ti-B等晶粒细化剂和Na、Sr等变质剂对合金熔体进行处理,以优化合金的微观组织。但这种双重添加不仅工艺复杂,而且由于影响因素多,处理效果不够稳定。近来的研究表明,Sc对铸造Al-Si-Mg合金同时具有细化和变质作用,添加少量Zr,还可以改善Sc的作用效果,但相关研究还很少。本文作者在A356合金标准成分的基础上,通过添加Sc或Sc、Zr制备了12种不同Sc或Sc、Zr含量的铸造Al-Si-Mg合金。研究了Sc、Zr添加对Al-Si-Mg合金组织和性能的影响。主要研究内容和结果如下:研究了Sc对铸造Al-Si-Mg合金组织的影响,定量分析了不同Sc含量试验合金?(Al)晶粒尺寸、二次枝晶间距(SADS)以及共晶Si相的纵横比。结果表明:随着Sc含量从0wt.%增加到0.58wt.%,合金的宏观组织明显细化,且Sc含量越高,细化效果越显著。微观组织中,?(Al)相由粗大的枝晶转变为尺寸较小的枝晶,平均尺寸由4334?m降至1076?m,SADS由52?m降至28.5?m;而共晶Si形貌也由未变质时的粗大板条状或针状转变为短棒状或蠕虫状,纵横比由6.7降到4.0,但当Sc含量达到0.58wt.%时,共晶Si相纵横比有所上升,表明,过高的Sc含量不能增强Sc对共晶Si的变质效果。此外,与铸态合金相比,热处理态合金共晶Si相的纵横比下降,这是由于热处理过程中Si相球化的结果。研究了Sc、Zr联合添加对铸造Al-Si-Mg合金组织的影响。结果表明:向Sc含量为0.30wt.%和0.45wt.%合金中再添加少量的Zr,可极大改善Sc对合金组织的优化作用。加入0.12wt.%Zr就可使两种Sc含量合金的宏观组织得到更显著的细化。微观组织中的α(Al)晶粒大小和SDAS也都有进一步的下降,且α(Al)相形貌以等轴化的枝晶为主。继续增加Zr含量,两种合金的α(Al)晶粒大小和SDAS变化不大,并且基本保持一致。对于共晶Si相,加Zr可使两种Sc含量合金的Si相形貌明显改善,使其呈现出更细小的蠕虫状或颗粒状形貌,并且,随着Zr含量增加,共晶Si相的纵横比表现出先下降后上升的变化规律。当Zr含量为0.21wt.%时,含0.30wt.%Sc合金的共晶Si纵横比最小,而含0.45wt.%Sc合金的共晶Si纵横比则是在Zr含量为0.12wt.%时降到最低。综合来看,Sc、Zr联合添加可以增强Sc对铸造Al-Si-Mg合金的?(Al)相和共晶Si相的细化和变质作用,当Sc和Zr的总和添加量为0.50wt.%-0.60wt.%时,可以获得最佳的细化和变质效果,这为通过适当增加Zr含量以降低Sc添加量提供了可能。热处理对Sc、Zr联合添加合金?(Al)相的影响不大,但共晶Si相的纵横比有所下降。利用透射电镜对Sc、Zr联合添加铸造Al-Si-Mg合金中的共晶Si相进行了观察分析,发现在共晶Si相中存在有大量的孪晶,这表明,Sc、Zr元素对共晶Si的变质是一种杂质诱发孪生机制。对Sc、Zr添加铸造Al-Si-Mg合金的力学性能进行了试验研究。结果表明:对于单独加Sc合金,随着钪含量的增加,铸态及热处理态合金的硬度、屈服强度、抗拉强度以及伸长率均先增加后下降,并在Sc含量为0.45wt.%时,达到最高;对于Sc、Zr联合合金,随着Zr含量的增加,Sc含量为0.30wt.%和0.45wt.%的两种试验合金的硬度、抗拉强度、屈服强度及伸长率都表现为先增加后下降的规律。当Zr含量为0.21wt.%时,含0.30wt.%Sc合金的综合力学性能最好,而Zr含量为0.12wt.%时,含0.45wt.%Sc合金的综合力学性能最好,这与两种合金的微观组织随Zr含量的变化规律基本一致。