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Ba对亚共晶铝硅合金微观组织与力学性能的影响

发布时间:2019-11-30 02:13:04 文章来源:工具之家    

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摘 要通过光学显wei镜、lashen试验等分析ceshi方法yan究了BaduiAl-7Sihe金微观zuzhi、力学xing能de影响jie果表明Ba可以使gongjingguixingmaoyoucu大de片zhuangzhuanbianwei短棒zhuang或zhe细小deke粒状dangBahan量wei0.15wt.%shi,变zhi效果zui好,gong晶硅转变为纤维状或者细小的颗粒状,Ba含量继续增加Si颗粒粗化并且变成短棒状。hejinde抗拉qiangdu和yanshen率suizhuoBa含量的增加呈现先增加houjiang低的趋势,当Ba含量为0.15wt.%,合金dekang拉强度和延伸率达dao峰zhi, 分别为184.4 MPa和15.1%。

关键词:Al-7Si合金硅颗粒力学性能;微观组织

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.268

近nian来,qi车的迅速普及zai推动社会发展的同时也dai来了一系列资源与环境问题,汽车轻量化是汽车jie能jian排的重要手段,所以汽车轻量化开始成为汽车行业研究的重要方向。其zhong铝合金凭借其密度小、比强度高、易回收成为汽车轻量化中代替钢铁的主要cailiao,给汽车减重带来了新的机遇[1]。铸造工艺具有sheng产xiaolv高,可以sheng产复杂的形状部jian,成本低的优点,所以,目前超过70%的汽车部件为铸造铝合金[2]。 Al-Si系合金由于其优良的铸造性能,较好的力学性能和耐腐蚀性成为广泛应yong的铸造铝合金。随着汽车业的继续发展,对性能和安全的要求yue来越高,对材料的要求也越来越高,需要Al-Si合金的延伸率大于15%,屈服强度大于150MPa[3]。新型铸造铝合金已经被开发出来,例如Aural-2,Silafont 36[4],但这些合金是由Sr变质的Al-Si合金,其部分共晶硅形貌呈现短棒状,还需要通过热处li来qiu化共晶硅cong而提高合金的力学性能,增加了生产成本。有研究者[5,6]发现Ba可以使共晶硅转变为纤维状或者细小的颗粒状,但是对于Ba对Al-Si合金微观组织及力学性能缺少系统的研究。本文主要讨论Ba对Al-7Si的微观组织以及力学性能的影响。

本shi验主要通过加入Ba对Al-7Si合金进行变质处理,讨论Ba对Al-7Si合金微观组织以及力学性能的影响。

1 实验材料与方法

本实验所用原材料为纯Al99.99wt.%、Al-18wt.%Si中间合金、纯Ba等。纯Al以及Al-18wt.%Si中间合金在电阻炉中熔炼,在720 °C条件xia保温30 min,使纯Al以及Al-18wt.%Si中间合金全部熔化,进行扒渣,在720 °C加入纯Ba(用铝箔包裹),大约保温5 min后通入氩气,在720 °C保温10 min,对液体进行2次扒渣,继续在720 °C下保温10 min,然后将合金浇注到金属mo具中(模具温度250 °C),冷却后取出铸件,用于研jiuBa对Al-Si合金微观组织以及力学性能的影响,利用ICP(Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometer) 電感耦合等离子光谱测定Al-7Si合金中的化学成分,如表1所示。

实验过程中金相组织使用Keller(0.5 mLHF+1.5 mLHCL+2.5 mLHNO3+95.5 mLH2O)试剂腐蚀12 s。然后在CarlZeiss Axivovert 40 MAT型号光学显微镜下观察金相组织,用SHIMADZV AG-X50KN型号的拉伸机拉伸试样,拉伸试样尺寸如tu1所示,厚度为5 mmla伸速度为1 mm/min。

2 实验结果与分析

2.1 Ba对微观组织的影响

图2为Al-7Si-xBa合金的金相,可以观察到Ba元素的加入对α(Al)的二次枝晶间距影响不明显,但是共晶硅的形貌发生了较大的改变。从图2(b)中可以看出未变zhihe金共晶硅呈现片状;当Ba含量为0.05wt.%时,如图2(d)所示,片状的共晶硅转变为短棒状和颗粒状的共晶硅,有部分的共晶硅呈现短棒状,变质没有完全。Ba含量为0.15wt.%时,如图2(f)所示,片状的共晶硅转变为纤维状或细小颗粒状。当Ba含量增至0.50wt.%和1.00wt.%时,如图2(h)(j)所示,有一些区yu重新又出现短棒状的共晶硅相,出现了过变质现象。

2.2 Ba对力学性能的影响

如图3所示,未变质合金的抗拉强度为164.5 MPa,随着Ba含量的增加,Al-7Si-xBa合金的抗拉强度和延伸率先增加后降低。当Ba含量为0.15wt.%时,合金抗拉强度达到最大值,为184.4 MPa,比未变质合金抗拉强度提高了12.1 %;当Ba含量继续增加,合金的抗拉强度开始下降,当Ba含量为1.00wt.%时,Al-7Si合金的抗拉强度下降到107.9 MPa。未变质的合金的延伸率为10.3%;当Ba含量为0.15wt.%时,延伸率最好,达到15.1 %,相比未变质合金延伸率提高了46.6 %,Ba含量继续增加,延伸率开始下降,当Ba含量增加到1.0wt.%时,合金的延伸率下降到2.8%。未变质Al-7Si合金的屈服强度为92 MPa。加入Ba元素后,合金的屈服强度jun有所下降,当Ba含量为1.00wt.%时,下降至57 MPa。

研究表明[7],共晶硅的形貌和大小将对Al-7Si的性能产生影响,共晶硅形貌呈现出片状时,在拉伸过程中容易在轮廓尖锐处产生应力ji中,造成微裂纹,加速试样的shi效过程,降低合金的力学性能;共晶硅颗粒的球化和细化程度越高,越有利于合金的力学性能。

当Ba含量为0.05wt.%时,共晶硅转变为短棒状或者颗粒状,减少了共晶硅对基体的割裂作用,当Ba含量为0.15wt.%时,共晶硅转变为纤维状或者细小的颗粒状,共晶硅变质效果genghao,抗拉强度和延伸率继续增大;Ba含量继续增加到0.50wt.%和1.00wt.%时,部分共晶硅形貌重新变成短棒状,Si相形貌变得粗大,增大了对基体的割裂作用,增大了在轮廓尖锐处产生应力集中,抗拉强度和延伸率开始下降。endprint

3 结论

(1)Al-7Si合金加入Ba后,共晶硅形貌由粗大的片状转变为短棒状或者细小的颗粒状。当Ba含量为0.15wt.%时,变质效果最好,较难发现短棒状共晶硅存在。随着Ba含量的继续增加,Si颗粒粗化变为短棒状,出现过变质现象。

(2)Al-7Si-xBa合金的抗拉强度和延伸率随着Ba含量的增大呈现先升高后降低的现象,当Ba含量为0.15wt.%时,抗拉强度以及延伸率达到峰值,分别为184.4 MPa和15.1%,抗拉强度和延伸率相比未变质状态下分别提高了12.1 %和 46.6 %。

参考文献:

[1]钟奇,施毅,刘博.铝合金在汽车轻量化中的应用[J].新材料产业2015(02):23-27.

[2]王祝tang,张新华.汽车用铝合金[J].轻合金加工技术,2011, 39(02):1-14.

[3]S.Ji,D.Watson,Z.Fan,M.White.Development of a super ductile diecast Al-Mg-Si alloy,Materials Science & Engineering A, 2012(556):824-833.

[4]D.Bosch,S.Pogatscher,M.Hummel.Secondary Al-Si-Mg High-pressure Die Casting Alloys with Enhanced Ductility, Metallurgical and Materials Transactions A,46A(2015),1035-1045.

[5]K.Nogita,A.Knuutinen,S.D.McDonald.Mechanisms of eutectic solidification in Al-Si alloys modified with Ba, Ca, Y and Yb, Journal of Light Metals, 2001 (1) 219-228.

[6]M.Shamsuzzoha,L.Nastac,A.Haque.Development of high-strength and highly ductile hypo-eutectic Al-Si alloys by nano-refining the constituent phases,Light Metal,2014,365-367.

[7]Hamilton D R,Seidensticker R G.Propagation Mechanism of Germanium Dendrites[J].Journal of Applied Physics,1960, 31(07):1165-1168.

作者簡介:张进(1991-),男,安hui芜湖人,硕士,研究方向:铸造铝合金合金化处理。endprint

山dong工业技术 2017年15期

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