铸造AlSiMgCr合金微观组织、力学性能与耐腐蚀性能的研究

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A356(Al Si7Mg0.4)是Al-Si-Mg系铸造铝合金中最具代表性的牌号之一,在汽车行业中广泛用于制造轮毂、转向节、发动机缸盖。随着对汽车轻量化要求越来越高,A356已无法完全满足。近来研究表明,Al-Si-Mg合金中降低Si含量可以增加α-Al基体数量,通过基体中多种纳米析出相的调控,可以提高Al-Si-Mg合金的力学性能,微合金化是实现多种纳米析出相的重要途径,微合金化对铝合金的耐腐蚀性能也有一定的影响。因此本文针对常用的A356铝合金,通过降低Si含量、提高Mg含量以及加入适量的Cr元素开发新型的Al-3Si-0.5Mg-x Cr合金,并通过重力铸造和挤压铸造两种工艺制备合金,研究Cr元素对Al-Si-Mg系合金微观组织、力学性能以及耐腐蚀性能的影响。使用Thermo-Calc相图软件计算Al-3Si-0.5Mg-x Cr合金的相图与非平衡凝固过程,以其计算结果为指导,通过重力铸造制备了四种不同Cr含量的Al-3Si-0.5Mg-x Cr合金。通过DSC分析和时效硬化曲线制定了该合金的热处理工艺,分析了不同含量的Cr元素对铸态和热处理后Al-3Si-0.5Mg-x Cr合金微观组织、力学性能和断口形貌的影响。结果表明:当Cr含量≤0.1 wt.%时,Cr元素对合金的相组成没有影响,当Cr含量≥0.2 wt.%时,合金中生成了Al13(Cr,Mn,Fe)4Si4相;加入Cr元素后,合金在固溶处理期间形成了含Cr纳米析出相,这些纳米析出相提高了合金的强度,当Cr含量变化时,热处理后合金的强度和含Cr纳米析出相的体积分数变化规律相同;当Cr含量≤0.1 wt.%时,Cr元素对合金的断口形貌没有明显影响,当Cr含量≥0.2 wt.%时,Al13(Cr,Mn,Fe)4Si4相导致形成更多的二次裂纹。通过挤压铸造制备合金,分析了挤压铸造对铸态和热处理后Al-3Si-0.5Mg-x Cr合金微观组织、力学性能和断口形貌的影响。结果表明:与重力铸造相比,挤压铸造大大减少了合金中的缩孔缺陷,提高了合金的塑性;铸态合金从重力铸造下的准解理断裂变为挤压铸造下脆性和韧性共存的混合型断裂;挤压铸造增加了热处理后合金断口中的韧窝数目。通过中性盐雾腐蚀试验分析了不同含量的Cr元素对Al-3Si-0.5Mg-x Cr合金耐腐蚀性能的影响,分析了Al13(Cr,Mn,Fe)4Si4相对表面腐蚀产物保护层的作用,以及对合金耐腐蚀性能的影响。结果表明:当Cr含量≤0.1 wt.%时,Cr元素对合金的耐腐蚀性能没有明显影响,当Cr含量≥0.2 wt.%时,Al13(Cr,Mn,Fe)4Si4相使合金的耐腐蚀性能下降。
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