【摘要】：研究了固溶處理溫度和固溶處理時(shí)間對擠壓鑄造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金顯微組織及硬度的影響。結(jié)果表明:固溶處理后合金的顯微組織得到明顯改善,硬度大幅度提高。隨著固溶溫度的增加,共晶Si相逐漸�；�,合金的布氏硬度值逐漸增加,當(dāng)固溶溫度為525℃時(shí),共晶Si相形貌相對圓整,合金具有最大布氏硬度值;隨著固溶時(shí)間的延長,合金顯微組織中的共晶Si相發(fā)生熔斷、�；�、粗化現(xiàn)象,合金的布氏硬度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,當(dāng)固溶時(shí)間為6 h時(shí),合金的布氏硬度達(dá)到最大值HB 124。試驗(yàn)得到的擠壓鑄造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金的最佳固溶處理工藝為525℃,保溫時(shí)間為6 h。
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圖片說明： 轄鶚匝鈹嘭鄧匝馀峫M7-8000型高溫爐中進(jìn)行固溶處理。其中固溶處理溫度為480℃、495℃、515℃和525℃，固溶處理時(shí)間分別為0h、2h、6h、10h和12h。將固溶處理前后的試樣經(jīng)研磨、拋光后采用0.5%HF腐蝕，采用OLYMPUSGX-51光學(xué)顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察；采用HBS3000型數(shù)顯布氏硬度計(jì)測定合金的布氏硬度，所選用的鋼球壓頭直徑為5mm，試驗(yàn)力為250kg，試驗(yàn)力的保持時(shí)間為30s，在每個(gè)試樣表面的不同位置上測量3個(gè)點(diǎn)，將3個(gè)數(shù)值取平均值作為該試樣的硬度值。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1Al-17.5Si-4Cu-0.5Mg-0.1Mn合金鑄態(tài)顯微組織圖1所示為重力鑄造和擠壓鑄造成形后Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金的顯微組織。由圖1a可以看出，Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金的鑄態(tài)顯微組織主要由粗大的、多角狀的A相、細(xì)小棒狀的B相、短棒狀的灰白色C相、魚骨網(wǎng)狀的D相及Al基體組成。對過共晶Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金中各相進(jìn)行能譜分析，分析結(jié)果如表2所示。表1擠壓鑄造工藝參數(shù)Table1Parametersofsqueezecastingexperiments澆注溫度/℃750模具溫度/℃300擠壓壓力/MPa676保壓時(shí)間/s30模具涂料石墨機(jī)油由表2可以得出合金顯微組織中A相為初生Si相、B相為共晶Si相、C相Al2Cu相、D相為AlCuMgSi四元相。由文獻(xiàn)[13]可知，傳統(tǒng)熔鑄法制備的過共晶Al-Si合金中，初生Si呈現(xiàn)粗大塊狀，Al-Si共晶并存組織中的共晶Si相呈現(xiàn)針狀。由圖1a可以看出，經(jīng)過添加變質(zhì)細(xì)化劑后，Al-Si共晶并存組織中的共晶Si相由針狀轉(zhuǎn)變?yōu)榘魻�，棱角有所減少，但是并沒有粒狀化，而初生Si相仍呈現(xiàn)粗大塊狀。由圖1b可以看出，經(jīng)過擠壓鑄造成形后，合金組織中的粗大初生Si相和第二相的數(shù)量明顯減少，尺寸大幅減小，但是擠壓鑄造后共晶Si形貌變化不太明顯，因此，在后續(xù)加工前有?
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圖片說明： ··圖2固溶溫度對擠壓鑄造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金顯微組織的影響Fig.2EffectofsolutiontemperatureonmicrostructureofsqueezecastingAl17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mnalloy形貌越來越圓整；當(dāng)固溶溫度為525℃時(shí)，Si相的球狀形貌相對規(guī)則，分布更加均勻。圖3為擠壓鑄造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金在不同溫度下固溶處理6h后的硬度變化曲線，可以看出，隨著固溶溫度的增加，合金的硬度呈逐漸上升趨勢，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，當(dāng)固溶溫度為525℃時(shí)，合金硬度取得最大值，為HB124。對于高硅鋁合金，硅具有較大的擴(kuò)散系數(shù)，它們在鋁中的擴(kuò)散速度比較快。根據(jù)菲克第一擴(kuò)散定律，在單位時(shí)間dτ內(nèi)，通過單位截面積ds（垂直于原子流動(dòng)方向）在濃度梯度為dc/dl的路程中所擴(kuò)散的物質(zhì)量dm為：dm=Ddcdlds×dτ（1）式中：D為元素的擴(kuò)散系數(shù)。由上式可知，影響元素?cái)U(kuò)散系數(shù)D的因素，必將影響固溶處理過程，而D與溫度呈下列指數(shù)關(guān)系：D=Doc-QRT（2）式中：D0為擴(kuò)散系數(shù)；c為元素濃度；Q為擴(kuò)散激活能；R為氣體常數(shù)；T為絕對溫度。由公式（1）、（2）可知，隨著固溶溫度的提高，合金顯微組織中Si元素的擴(kuò)散系數(shù)越大，單位時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散的物質(zhì)量dm越多，固溶過程越充分，固溶強(qiáng)化作用逐漸增大，所以在525℃時(shí)合金組織中Si相的形貌最為圓整，合金的硬度取得最大值。2.3固溶時(shí)間對合金組織及性能的影響圖4為擠壓鑄造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金在525℃下固溶處理不同時(shí)間后的顯微組織。由圖可以看出，在固溶處理2h后，合金組織中棒狀的共晶Si相發(fā)生了熔斷、鈍化，合金顯微組織中單位面積內(nèi)Si相顆粒的數(shù)量明顯增多，，且Si相尺寸有所減�。▓D4b）；當(dāng)固溶時(shí)間為6h時(shí)，合金組織中共晶Si相基本為短棒狀和近球狀，且分布較均勻（圖4c）；由圖4
【作者單位】： 沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省高校輕金屬材料與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(50971092) 遼寧省自然科學(xué)基金(201202166) 沈陽市科技創(chuàng)新專項(xiàng)(F14-231-1-23)
【分類號(hào)】：TG166.3;TG146.21

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本文編號(hào)：2513097