高强韧压铸Al-Si-Cu合金的组织性能及其热处理研究

摘要

开发新型的高强韧压铸铝合金、提高压铸件的综合机械性能，已经成为拓展铝合金工程应用的重要一环。Al-Si合金中的Al2Cu相可很好的强化合金性能，且可通过热处理进一步提高强化效果，故具有成为新型的高强韧压铸铝合金的潜力。本文以较高铜含量的压铸铝硅合金为对象，利用金相显微观察、力学性能测试、扫描电镜观测、断口电子显微分析、洛氏硬度检测等实验手段，系统研究了在Si含量为5％~13%，Cu含量为4.5%的压铸铝硅铜合金中，Si对合金的铸态、T6热处理态的显微组织、机械性能及断裂模式的影响。
　　本研究主要内容包括：①压铸铝硅铜合金随着Si含量的增加，合金的流动性越来越好。即使Si含量超过共晶点含量11.7%，充型能力也继续增强。②硅含量不超过9%的压铸铝硅铜合金组织由α-Al基体相、Al2Cu相、共晶硅相构成。共晶硅相主要分布在晶界周围；Al2Cu相主要分布在共晶硅及晶界附近。随硅含量增加，共晶硅相粗化、增多。当硅含量超过9%时，开始析出初晶硅相。③随着Si含量的升高，含铜4.5%的压铸铝硅合金室温铸态屈服强度一直小幅度增长，而抗拉强度呈现先上升后下降的趋势，延伸率一直下降。当硅含量为9%时，抗拉强度达到最大值307 MPa。继续增高硅含量会削弱合金的抗拉强度和塑性，当硅含量为13%时，抗拉强度下降为270 MPa，延伸率则由6.73%下降到了只有3.92%。④在530℃的固溶温度下，随着固溶时间的增长，共晶硅相变细变小，发生熔断并团聚成球状，在2 h时完成球化，在3 h时，球状共晶硅相均匀分布。在160℃时效温度下，在4.5 h时硬化效果达到最佳的75.6 HRE，随后出现过时效。时效效果在金相组织中表现并不明显。T6热处理后，试样出现表面起泡现象。⑤含铜4.5%的压铸铝硅合金经过T6热处理后，力学性能都得到了一定提升。Al-9Si-4.5Cu热处理后屈服强度为234 MPa，抗拉强度为373 MPa，延伸率为6.73%。⑥铸态拉伸断口可以明显的看到脆性断裂特征，断面没有明显气孔。显微观察可以看到显微孔洞和大量撕裂棱，微观上为准解理断裂。T6热处理后，拉伸断口仍为脆性断裂特征，但此时断口可观察到小气孔。微观观察断口，会发现韧窝特征，韧窝浅而稀疏的分布在撕裂棱四周。微观上断裂模式为准解理断裂和韧性断裂的混合断裂模式。

目录

1 绪论

1.1 铝合金

1.2 压铸铝合金

1.3 高强韧压铸铝合金国内外研究现状

1.4 研究意义及内容

2 实验设计及实验过程

2.1 成分设计

2.2 原材料

2.3 实验设备

2.4 压铸模具

2.5 检测手段

2.6 试样制备流程

3 硅含量对含铜4.5%压铸铝硅合金的影响

3.1 合金的充型能力分析

3.2 铸件的力学性能分析

3.3 合金的微观组织分析

3.4 拉伸试样断口分析

3.5 本章小结

4 含铜4.5%的压铸铝硅合金热处理研究

4.1 T6热处理设备及工艺

4.2 微观组织分析

4.3 时效硬化

4.4 力学性能分析

4.5 断口分析

4.6 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录

A. 攻读硕士学位期间发表的论文目录