砂型、变质处理和时效温度对A356铝合金力学性能与组织的影响

摘要

本实验采用常用铸造铝合金A356,研究在砂型铸造条件下,不同工艺因素对材料力学性能和显微组织进行的影响。工艺研究范围包括:不同造型材料、不同壁厚(即冷却速度)、熔体处理、不同变质剂且不同添加量、时效热处理等。
　　 通过普通硅砂与铬铁矿砂在铸造阶梯试样A356铝合金,印证铬铁矿砂在铝合金铸造中的激冷作用,激冷作用使得晶粒度有效细化,二次枝晶间距大幅减少,起到细晶强化的作用;薄壁处晶粒细、二次枝晶间距小,抗拉强度、硬度和延伸率都优于厚壁处:对于硅砂造型在厚壁处与铬铁矿砂的对比,由于硅砂散热性不及铬铁矿砂,因此铬砂铸件二次枝晶间距增长速度不大,即冷却速度敏感性小。在日常生产中,在对铸件有严格要求或者特殊要求的情况下,可以部分采用铬铁矿砂代替硅砂,起到冷铁的作用。
　　 通过不同变质剂在不同添加量对合金性能的影响的研究表明:Sr元素可以有效的对Al-Si合金金相变质,提高铸件的力学性能,尤其延伸率的大幅改善。变质剂的加入,增加了铸件的塑韧性,因此会使硬度有小幅下降,根据力学性能变化趋势,Sr的添加量一般为总重量的0.1%-0.2%,加入量为0.1%左右时为最佳。过多的Sr在铝熔体中增加了吸气,容易产生气孔等缺陷;稀土变质剂不但可以有效变质,使共晶Si组织细化,使硅由粗片状改变为细条状和颗粒状,并且可以有效细化α相组织,起到细化晶粒的作用,从而使性能提高,特别是塑性提高,硬度变化不大。与Al-Sr单独变质比较,组织更细,性能更好,铸件品质更优;联合变质的铸件晶粒度介于Al-Sr和Al-RE晶粒度之间,并且气孔等缺陷较Sr单独变质明显减少,但变质效果不稳定。
　　 通过对合金时效热处理的研究,表明在设定的三个温度对试样进行时效保温处理4个小时,采用140±5℃的温度进行时效处理,合金的综合性能优良,抗拉强度高出180℃时抗拉强度大约25MPa,延伸率高出24%,硬度则偏低一些,达到抗拉强度、延伸率和硬度的良好匹配。
　　 材料的最终性能取决于多方面因素,只有各种因素的良好匹配,才能使材料获得优异的最终性能。