合金元素对G01压铸铝合金组织和性能的影响

来源：塑胶五金网发布时间：2014-07-15 09:36:11点击率：

　　近些年来.由于航空航天工业的发展，我国加强了高强度铝合金的研究开发力度。有关资料显示，提高铝合金强度的途径主要有：优化合金成分设计，提高纯度。发展新的热处理制度，超细化合物的组织结构，精确调控合金巾强化相的三维分布等，把一些特定的合金元素加入到铝及其合金中，能够强烈的影响铝及其合金的力学性能，化学性能等，如李贞宽等的纯铈对共晶和过共晶A1.Si合金微观组织的影响;周昌荣等的微量Sc和Mn对A1一Mg合金组织与性能的影响;马建超等的Mg对共晶A1.2wt%Fe合金显微组织与性能的影响等等。然而，至今很少发现有人研究合金元素配以适当的热处理工艺对压铸铝合金组织与性能的影响。本文主要通过改变G01铝合金中的Cu、Mg、Zn的含量使其达到组合和性能，从而满足各种工农业生产的需要。

　　1 实验方法

　　1.1实验材料及工艺

　　在试验中采用G01压铸铝合金，纯锌丝，A1.Cu50中间合金，AZ91中间合金为原材料，其中，中间合金以名义成分配制。

　　合金采用石墨坩埚电阻炉熔炼，熔炼过程中运用六氯乙烷为精炼剂精炼;运用三元钠盐通用变质剂(40%NaCI+40%NaF+20%KCl)变质处理：A3钢模

　　具浇注.浇注温度为720℃。

　　热处理工艺为：520℃固溶处理4h，80℃水淬火;170℃时效处理4h，空冷;固溶时效处理均在中温箱式电阻炉中进行，程控温度计控制炉温，精度

　　为&pmn;5℃，金相试样在冲击试样上截取，断口分析在拉伸后断口上截取。

　　性能检测：使用WE.30液压式实验机、JB.30A冲击实验机、HB.3000布氏硬度计分别测定抗拉强度、冲击韧度、布氏硬度;利用XJL.20A金相

　　显微镜，扫描电子显微镜观察金相和分析断口。

　　1.2合金成分设计

　　为了精确而又简便地反映材料组织与性能的关系，选择一元回归正交试验方法，试验因素、水平及代码见表1。

　　2试验结果与分析

　　2.1 Cu、Zn、Mg对合金力学性能的影响

　　表1一元回归正交试验因素、水平和代码

　　Tab.1 The facmrs.1evels and codes of the regression orthgonal experiments

　　Zn、Cu、Mg试验区域选择在G01原始成分基础上分别加入[1.5、3.5]、[1.5、3.5]、[0.3、1.1】。在该区域内，采用一元回归的正交试验方法，进行了表2中的8组试验啊。试验安排与结果见表2。所有试验均在相同的工艺因素条件下进行，其他合金元素成分保持原有含量不变。

　　表2一元回归正交试验安排与结果

　　Tab.2 The contents and results of the regression onhgoImI experiments

　　经数据处理得出如下回归方程：

　　从回归方程系数可以看出.这三种元素在试验区域内Cu、Mg、Zn三种合金元素对G01铝合金的抗拉强度、冲击韧度、布氏硬度有不同程度的影响。对于抗拉强度而言，热处理前Mg元素的影响为显著，办元素的影响次之，Cu元素的影响小：但热处理后Cu元素对抗拉强度的影响显著提高：对于冲击韧性而言，其中Cu元素的影响为显著.Zn元素的影响次之，Mg元素的影响小：对于布氏硬度而言，其中Mg元素的影响为显著。Zn元素的影响次之，Cu元素的影响小。在回归方程中x.x：，x。x，，X拶3，xⅨZ，前系数的大小体现了各元素之间的相互作用的大小，由回归方程中可以看出，在GOl铝合金中添加Cu、Mg、Zn三种元素无论是热处理前还是热处理后，各元素之间的相互作用都是相当显著的，尤其是热处理后三种元素之间的作用。

　　2.2合金元素对G01压铸铝合金显微组织的影响

　　如图1(a)、(b)是在相同化学成分(在G0l原有成分基础上加入1.5wt%Cu，1.5wt%Zn，1.1 wt%Mg)下7号合金的铸态和热处理后的显微组织：图1(c)、(d)是在相同化学成分(在G01原有成分基础上加入1.5wt%Cu，1.5wt%Zn，0.3wt%Mg)下8号合金的铸态和热处理后的显微组织。从图中看出图(a1晶粒粗大，有树枝晶存在，综合性能较差，图(b)有明显强化相析出，可能存在的强化相有Si，M92Si，CuAl2，MgZn2，灿函，A1FeMnSi，W相等，但较粗大，局部有过烧现象发生，强度，硬度比热处理前略有升高。但是7号合金综合性能不好。图(c)、(d)晶粒明显细化，N(c1中树枝晶变少出现大量等轴晶.合金力学性能显著提高，经热处理后出现组织细小，均匀，弥散分布的强化相，可能存在的强化相有Si，MgaSi，CuAl：，MgZn2，A13Zr，AlzMgCu，A12M93Zn3，AIFeMnSi，W相以及一些复杂的三元，四元化合物。抗拉强度由热处理前的194.38MPa提高到热处理后的290.05MPa;布氏硬度由热处理前的107.5提高到热处理后的121，8号合金综合性能良好。由此可以看出，在相同热处理工艺条件下，合金元素含量不同对铝合金的显微组织有显著影响.从而引起合金性能上的差异。如果合金成分选择合理，合金的性能显著提高，综合性能良好，如果合金成分选择不合理。合金显微组织不好，各种性能明显下降。

　　2.3合金元素对G01压铸铝合金断口形貌的影响

　　如图2(a)、(b)是在相同化学成分(在G01原有成分基础上加入1.5wt%Cu，1.5wt%Zn，1.1wt%Mg)下7号合金的铸态和热处理后的拉伸断口扫描形貌;图2(c)、(d)是在相同化学成分(在G01原有成分基础上加入1.5wt%Cu，1.5wt%Zn，0.3wt%Mg)下8号合金的铸态和热处理后的拉伸断口扫描形貌。

　　从图(a)、(c)可以看出合金在热处理前，合金晶粒较细小，因此，断121被分析的区域内存在韧窝，但是从图(a)看出此断12I中韧窝分布大小不均而且还存在解理断裂部分，此合金韧性不高。图(c)所示合金由于加入合金成分较为合理，晶粒细小，因此，断口中韧窝分布较细小而且均匀，此合金韧性较好。从图(b)、(d)可以看出合金在热处理后，合金中有较多的析出相，并且较粗大，因此，断121被分析的区域韧窝较热处理前明显减少，解理断裂倾向明显增加。图(b)中韧窝在被分析部分少之又少。此合金以解理断裂为主。图(d)中的韧窝约占总分析区域的1/2以上，比热处理前此合金的韧性明显下降。

　　由以上分析可以看出7号合金的韧性不如8号合金的韧性好。合金在热处理之后不如热处理之前好，此结果与冲击韧性测试结果相符。

　　3结论

　　(1)Cu、Mg、Zn是G01压铸铝合金的主要强化元素，在试验成分区间内的G01压铸铝合金经固溶时效处理后，抗拉强度、硬度显著升高，冲击韧性略有降低，合金具有良好的综合力学性能。

　　(2)就抗拉强度和布氏硬度而言，对G01压铸铝合金影响为显著的是镁元素，添加Mg元素后的铝合金经热处理后析出多种沉淀相.使合金强度和硬度升高。

　　(3)就冲击韧性而言，对G01压铸铝合金影响为显著的是Cu元素。添加Cu元素后的铝合金热处理前冲击韧性略有升高.但经热处理后冲击韧性明显下降。

　　(4)Zn元素单独加入铝合金，对合金的强度，硬度等力学性能影响不是十分显著，但与Cu、Mg等元素一起加入效果显著。

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