变质处理对ADC12铸造铝硅合金组织及性能的影响★

2021-07-27田治坤

山西冶金 2021年3期

刘伟，田治坤

（湖南国防工业职业技术学院，湖南湘潭 411207）

铸造铝硅合金具有低密度、高的热强性和耐磨性，在汽车制造、航空航天及家电等领域到广泛的应用[1-3]。在铝硅合金中，ADC12合金因其铸造性能及耐蚀性能好、回收率高等特点具有极高的研究价值[4]，但由于该合金Si含量较高，合金组织中的硅相呈粗大的针片状，严重割裂基体[5]，为改善其组织与性能，本文探究不同Sr含量对ADC12合金组织及力学性能的影响规律。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料及熔炼

根据ADC12合金成分表熔炼合金，待合金混合均匀后将温度控制在735℃左右添加Sr变质剂，保温10 min，然后进行精炼除气处理，15 min后将温度控制在710℃左右后浇入至预热的金属模具中进行凝固成型。ADC12合金的成分如表1所示。

表1 ADC12铝合金化学成分 %

1.2 试验方法

该实验采用单项实验法，以Sr含量为实验变量，通过添加不同含量的变质剂研究其对ADC12铝硅合金组织及性能的影响。变质处理实验方案如表2所示。

表2 变质处理实验方案

1.3 组织与性能测试

通过熔炼得到金属试样，经粗磨、细磨、抛光、腐蚀后将其置于金相显微镜下（型号：ZEISS-Imager）观察，得到金属试样的显微组织，研究硅相在合金组织中的大小、形貌、分布特点等，获得Sr变质剂对合金显微组织的影响规律。

根据GBT 6/397国标将金属试样加工成两端直径D=10 mm、中间直径d=5 mm的标准拉伸试样，通过在WDW-E100D拉伸实验机进行常温拉伸试样，获取力学性能数据。

2 试验结果及分析

2.1 显微组织

采用不同含量的Sr对ADC12合金进行变质处理，获得铸态下合金的金相显微组织，其结果如图1所示。

图1 铸态下不同w(Sr)的合金金相显微组织

图1中，灰色的粒状、条状为共晶Si相，白色组织为α（Al）基体相。当合金未加入Sr变质剂时，其金相显微组织如图1-1所示，此时，硅相几乎均为块状及针状形态。共晶硅的这种形貌是由α（Al）枝晶的生长形态导致而成，合金结晶时，当熔体中不存在异质晶核时，其枝晶的长大的驱动主要依靠热流的散失，由于α（Al）枝晶在某些特定方向总会择优生长，导致先形成的α（Al）基体会继续沿着某些方向进行，后形成共晶硅相只能从α（Al）枝晶间隙中析出和长大，使其具有块状及针状形态的形貌。

添加Sr变质剂的合金显微组织如图1-2、1-3、1-4所示，通过观察我们发现此时的共晶Si相明显比图1-1细小、均匀。根据孪晶凹谷机制[6]，在铝硅合金添加Sr变质剂后，当合金凝固结晶时，共晶Si相结晶前沿形成的孪晶凹谷处会富集Sr元素，成为异质晶核，共晶Si相随着晶核增多，多晶粒同时增长，从而使块状、片状的组织细化为纤维状的等轴晶组织[7]。图1-2、1-3是变质不够充分的金相组织，从图中我们可以发现，当Sr变质剂的含量升高时，合金显微组织中的α（Al）枝晶、Si相开始变细小，已有部分Si相转变为短纤维状，但仍存有块状、针状的硅相。图1-4中，晶粒细小圆整、分布均匀，Si相皆成短纤维状，该组织为优良的变质处理显微组织。因此，w(Sr)为0.06%时，ADC12合金的显微组织最好。

2.2 力学性能

采用不同含量的Sr对ADC12合金进行变质处理，获得铸态下合金的力学性能，其变化规律如图2所示。

由图2可知，当变质剂w（Sr）增大时，ADC12合金的伸长率和抗拉强度均大幅度增大；且当w（Sr）为0.06%时，合金的综合力学性能达到最大。这是因为通过在ADC12合金中添加Sr变质剂，细化合金组织中的硅相，被细化后的硅相又会阻碍硅相旁边的α（Al）基体长大，从而使合金的晶粒整体得到细化，使合金的伸长率与抗拉强度得到提高。