Sr/Y复合细化变质剂对A356的影响及影响机理研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zzh19860525anan
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目前工业生产中的铸造铝合金轮毂主要采用的是A356铝合金。随着对汽车性能的追求,轮毂的可加工性、安全性、耐用性在不断的提高,由此对A356铝合金的性能提出了更高的要求。A356合金属于Al-Si-Mg系亚共晶铸造铝合金,具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小等特点。由于未经变质处理的A356中存在粗大的不规则形状的共晶Si,该相具有锋利的尖端会对铝基体的连续性造成严重的破坏,从而降低了合金的强度和韧性,因此需要对其进行变质处理。本文选取锶(Sr)和钇(Y)作为添加元素,通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)、拉伸实验、硬度等分析测试手段分别研究了Sr、Y和Sr/Y复合对A356铝合金显微组织和力学性能影响及影响机理。在确定出最佳Sr/Y复合添加量的基础上,对改性后的A356合金进行热处理工艺的研究探讨,热处理工艺采用工业上传统的T6热处理,即固溶+完全人工时效,并确定最优的热处理工艺参数。研究结果显示:单一添加Sr时,A356合金中的共晶Si达到较好的变质效果,但Sr的添加不对α-Al晶粒尺寸产生影响。Sr对共晶Si的变质机理是孪晶凹谷机制。Sr的最优添加量在0.04%左右,此时合金的抗拉强度和延伸率分别为176.2MPa和5.7%。合金的断裂方式从脆性断裂转别为韧脆型断裂。单一添加Y时,不仅可以细化α-Al晶粒,还可以对共晶Si进行变质。Y与Al的共晶反应先于α-Al的凝固反应发生,共晶反应生成的Al3Y和共晶Al均可以作为α-Al的异质形核核心,从而提高形核速率,细化α-Al晶粒。当Y单一添加量为0.6%时,共晶Si的变质效果最好;当Y添加量为0.9%时,α-Al的等效直径达到最小值为27.78μm;当Y添加量为1.5%时,α-Al的SDAS(Secondary Dendrite Arm Spacing)值达到最小值为14.31μm。综合考虑,Y的最优添加量为0.6%,此时合金获得最优的抗拉强度和延伸率,分别为184.6MPa、5.8%。复合添加Sr/Y时,共晶Si可以得到更好的变质效果,共晶Si全部表现为纤维状或者珊瑚状,α-Al晶粒也得到了较好的细化效果。通过透射电镜分析,Sr/Y复合后共晶Si中出现了典型的“之”字形孪晶,判定其变质机理为孪晶凹谷机制。除了Al3Y的异质形核作用和初生α-Al的基底形核作用,通过DSC还发现,经Sr/Y复合后α-Al的凝固反应温度升高,增大了α-Al的形核过冷度从而提高了形核速率,进而造成晶粒的细化。当Sr/Y复合添加量为0.04%Sr+0.3%Y时,α-Al可以达到较好的的晶粒尺寸和SDAS,分别为26.63μm和15.53μm,此时合金获得最好的抗拉强度和延伸率,分别为188.3MPa和7.2%。最优的T6热处理工艺参数为540℃×5h+180℃×6h。共晶Si在540℃保温过程中逐渐从珊瑚状转变为长条状又转变为颗粒状。Si、Y、Fe等元素在α-Al中充分固溶。在时效过程中,Mg2Si等第二相从过饱和Al固溶体中析出,造成合金的强化。最高抗拉强度为264.28MPa,最好延伸率为9.5%。
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