变形铝硅合金的动态再结晶行为

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铝硅合金具有热膨胀系数低、耐磨性高、导热性好、密度小、铸造性能良好等诸多优点,被作为铸造合金广泛应用于发动机、车辆工业等领域。而将其作为变形铝硅合金的应用尚未见报道。为使变形铝硅合金用作结构材料,实现其产业化,本文以半连续(DC)铸造Al-15Si合金为研究对象,DC铸造的Al-2Si合金作为参比合金,对合金铸锭进行预热处理后,分别对其进行热轧及热压缩变形,系统研究了合金在高温变形时的微观组织演变规律和铝基体的动态再结晶行为,为合金热加工过程中的微观组织控制提供理论依据。采用DC铸造制备了微观组织显著细化的Al-15Si合金及Al-2Si合金铸锭。经加热温度为450~520℃、保温时间为1-3h热处理时,DC铸造Al-15Si合金及Al-2Si合金中的共晶硅相均发生了粒化,且在粒化硅颗粒间的铝基体上均形成了晶界;在Al-15Si合金的共晶区域铝基体上表现为等轴晶粒的形成,随着加热温度的升高、保温时间的延长,共晶区域硅颗粒的平均尺寸增大,铝基体的晶粒尺寸也随之增大。对Al-15Si合金在变形温度为450~500℃热轧过程中组织演变的研究表明,随压下率增大,硅颗粒在铝基体上的分布越来越均匀;同时,铝基体上动态再结晶区域的分数呈增大趋势,铝基体组织明显细化,热轧至压下率为70%时,细小的动态再结晶晶粒均匀地分布于铝基体上。变形温度的降低有助于铝基体动态再结晶的进行,减小动态再结晶晶粒尺寸。对Al-15Si合金和Al-2Si合金在变形温度为300~500℃、应变速率为0.001-5s-1热压缩过程中流变行为的研究表明,合金在热压缩变形时均存在稳态流变特征;合金的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大;在相同的变形条件下,Al-15Si合金的流变应力高于Al-2Si合金,但随着变形温度的升高与应变速率的降低二者差值均逐渐减小。在实验条件范围内,合金的热压缩变形受热激活能控制,Al-15Si和Al-2Si合金的平均热变形激活能分别为180.96kJ/mol和152.62kJ/mol。对Al-15Si合金在变形温度为300-500℃、应变速率为0.001~5s-1的变形条件热压缩时相同应变量下的组织研究表明,合金热压缩后的组织受变形温度和应变速率(Zener-Hollomon参数)的影响。随变形温度的升高或应变速率的降低,硅颗粒破碎比例降低。在21.18<1nZ<23.48时,铝基体仅发生动态回复;在25.35≤1nZ≤28.09时,在晶界上的硅颗粒附近铝基体上形成动态再结晶晶粒;在29.7≤1nZ≤39.5时,合金在硅颗粒(包括晶界与晶内的硅颗粒)附近的铝基体上均形成了动态再结晶晶粒。在发生动态再结晶的变形条件下,随着变形温度的降低或应变速率的增大,铝基体动态再结晶区域的分数增大,而其动态再结晶晶粒尺寸减小。降低变形温度和提高应变速率,促进动态再结晶的发生。就不添加其它合金元素的Al-15Si合金和Al-2Si合金而言,在热轧和热压缩过程中,硅颗粒的存在均促进合金动态再结晶的发生;相同变形条件下,合金中硅含量越大,硅颗粒密度越大,合金铝基体上动态再结晶区域的分数越大,而其晶粒尺寸减小。就不添加其它合金元素的Al-15Si合金和Al-2Si合金而言,在热轧和热压缩过程中,动态再结晶晶粒主要在硅颗粒附近的铝基体上形成,均由亚晶转变而来,其动态再结晶机制均为连续动态再结晶,亚晶转动对连续动态再结晶的发生起到了重要的作用。
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