微合金化、復合化及熱處理對A356合金組織與性能的影響研究.pdf

1、A356鋁合金是Al-Si-Mg系亞共晶鑄造合金,對應國內(nèi)牌號ZL101A,主要用于汽車輪轂制造。為實現(xiàn)汽車輕量化的目的,結合國家“863”高技術項目中對A356合金的性能指標要求,本文通過聯(lián)合采用微合金化、復合化及熱處理等技術手段來提高A356合金的綜合力學性能,具體從以下幾個方面進行性能強化處理:1晶粒細化；2共晶硅的變質(zhì)；3有害相的控制和消除；4熱處理強化；5顆粒增強復合強化。利用OM、SEM、XRD、DSC等分析手段,.研究了強

2、化處理后的A356合金的微觀組織,ZrB2p／A356基復合材料中ZrB2顆粒的大小、形貌及分布情況；通過室溫拉伸實驗和沖擊試驗,分析了A356合金的斷口形貌及其斷裂機制。
　　 微合金化處理后的A356合金凝固組織表明:聯(lián)合添加0.2％Al-5Ti-1B、0.03％Ce和0.02％Sr后,其鑄態(tài)組織中的初生α-Al晶粒尺寸最小,在10-20μm的范圍內(nèi)。同時對共晶硅的變質(zhì)效果也最好,變質(zhì)后的共晶硅主要以半徑在0.15-0.2μ

3、m左右的球狀形態(tài)存在。Mn元素能夠改善合金中Fe相的形態(tài),當Mn的添加量達到0.09％時,針狀Fe相轉變?yōu)闈h子狀形態(tài),當Mn的添加量進一步提高到0.15％以上時,A356合金中幾乎觀察不到Fe相的存在。
　　 通過分析鑄造淬火、T4熱處理、T6熱處理后的A356合金中共晶硅的形貌發(fā)現(xiàn):鑄造淬火對共晶硅形貌沒有影響,而T4熱處理、T6熱處理后共晶硅形貌發(fā)生了很大變化。T4、T6熱處理后共晶硅以半徑在6-8μm的球狀居多,其余以長為

4、10—15μm,寬為3-6μm的短棒狀形態(tài)存在。在微合金化基礎上進行T6熱處理后,共晶硅分布更加均勻,尺寸更小,以半徑在1-1.5μm的球狀存在。
　　 通過對由A356一K2ZrF6-KBF4-Na24O7體系所制備的ZrB2p／A356復合材料的XRD、EDS和SEM分析發(fā)現(xiàn):體系在929℃反應生成了ZrB2顆粒；生成的ZrB2顆粒形貌為六邊形或正方形,顆粒尺寸大部分在80-100nm,少部分在0.1-0.3μm的范圍內(nèi),顆

5、粒存在一定的團聚現(xiàn)象；在經(jīng)過微合金化處理后,團聚現(xiàn)象得到改善,ZrB2顆粒較為均勻的分散在A356合金基體中。
　　 A356合金的室溫拉伸試驗和沖擊試驗表明:聯(lián)合添加0.2％Al-5Ti-1B、0.03％Ce、0.02％Sr和0.4％Mn進行微合金化后的鑄態(tài)A356合金的斷裂方式為準解理斷裂與延性韌窩斷裂的混合斷裂；抗拉強度從160MPa上升到195MPa,增長了21.9％；延伸率從3.1％上升為4.8％,提高了54.8％；沖

6、擊韌性由2J增加到了3J,提高了50％。
　　 對比在聯(lián)合添加0.2％Al-5Ti-1B、0.03％Ce、0.02％Sr和0.4％Mn進行微合金化的基礎上,鑄造淬火、T4熱處理、T6熱處理三種熱處理后的合金斷口形貌發(fā)現(xiàn):鑄造淬火對A356合金的斷裂方式影響不大,其斷裂機制為準解理斷裂；T4熱處理后,其斷裂方式為延性韌窩斷裂,但韌窩尺寸較大:T6熱處理后,合金斷裂方式為延性韌窩斷裂,此時韌窩較深、尺寸細小,分布均勻。A356合金的

7、抗拉強度,經(jīng)鑄造淬火后最低,為205MPa,T4熱處理后為285KPa,在T6熱處理后達到頂峰,為350MPa；A356合金的延伸率,鑄造淬火后最低,為4.6％,T4熱處理后最高,為18.9％,T6熱處理后居中,為11.3％；A356合金的沖擊韌性方面,鑄造淬火后最低,為3.0J,T4熱處理后最高,為11.5J,T6熱處理后居中,為6.5J。
　　 研究了聯(lián)合添加0.2％Al-5Ti-1B、0.03％Ce、0.02％Sr和0.4

8、％Mn進行基體微合金化基礎上,不同顆粒體積分數(shù)的ZrB2p／A356復合材料的力學性能。通過對其鑄態(tài)拉伸斷口的分析表明,其斷裂機制為準解理斷裂與少量韌窩斷裂共存的混合斷裂。隨著顆粒體積分數(shù)的增加,斷口上每個解理斷面的面積相應減小,并且出現(xiàn)大量細小韌窩,抗拉強度上升。但當顆粒體積分數(shù)繼續(xù)增高時,解理斷面有變大的趨勢,斷裂方式向脆性斷裂轉變。T6熱處理后,隨著顆粒體積分數(shù)的增高,其斷裂機制從以韌窩斷裂為主的延性斷裂轉變?yōu)闇式饫頂嗔雅c韌窩斷裂