【摘 要】
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在众多的铝合金中,亚共晶Al-Si合金因其比强度高、铸造性能优良、导热系数高、耐磨性好而成为最有代表性的铸造铝合金,被广泛应用于航空航天和汽车制造领域。传统铸态Al-Si合金中α-Al的形态是以发达的枝晶形式存在,共晶Si呈粗针状分布在共晶基体中。由于粗大的针状共晶Si存在尖端会导致应力集中,严重破坏了合金的力学性能,尤其是塑性。因此,需要细化初生α-Al并且减小共晶Si的尺寸,改善共晶Si的形貌
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在众多的铝合金中,亚共晶Al-Si合金因其比强度高、铸造性能优良、导热系数高、耐磨性好而成为最有代表性的铸造铝合金,被广泛应用于航空航天和汽车制造领域。传统铸态Al-Si合金中α-Al的形态是以发达的枝晶形式存在,共晶Si呈粗针状分布在共晶基体中。由于粗大的针状共晶Si存在尖端会导致应力集中,严重破坏了合金的力学性能,尤其是塑性。因此,需要细化初生α-Al并且减小共晶Si的尺寸,改善共晶Si的形貌和分布状态来改善亚共晶Al-Si合金的力学性能。本文以亚共晶Al-7Si合金为研究对象,研究了微量Al2.5Cu0.5Ti和AlFeCuTi多元中间合金及其超声处理对亚共晶Al-Si合金微观组织和力学性能的影响,并探究了其对α-Al和共晶Si的细化机理,得出以下结论:（1）微量Al2.5Cu0.5Ti中间合金添加到Al-7Si合金中可以有效地细化合金中初生α-Al。当Al2.5Cu0.5Ti的添加含量为0.9wt.%时,初生α-Al从粗大的树枝晶细化为细小的等轴枝晶,并且二次枝晶臂间距和初生α-Al的平均尺寸分别达到9.3μm和80μm,与未变质的合金相比分别减小了63%和62.8%,这表明Al2.5Cu0.5Ti中间合金可以明显细化合金中的初生α-Al。共晶Si的形貌从粗大的针片状被变质为短棒状和小的片状,并且平均长度和平均宽度分别减小为11.6μm和1.7μm,与未变质的合金相比分别减小了66.7%和57.5%。另外,当Al2.5Cu0.5Ti中间合金被添加后,形成了Al3Ti和Al2Cu金属间化合物,并且部分Ti元素固溶到α-Al中。当Al2.5Cu0.5Ti中间合金的添加量为0.9wt.%时,合金的抗拉强度从162MPa增加到184MPa,增加了13.6%,延伸率从3%增加到9.3%,增加了210%。合金的断裂模式由韧脆混合断裂转变为韧性断裂模式。（2）微量AlFeCuTi合金加入Al-7Si合金中可以有效地将合金中粗大的α-Al树枝晶细化为细小的等轴枝晶。当合金中AlFeCuTi中间合金的添加含量为0.3wt.%时,对初生α-Al的细化效果最佳,从粗大的树枝晶细化为细小的等轴枝晶,并且初生α-Al的平均尺寸和二次枝晶臂间距分别达到53.6μm和8.2μm,与未变质的Al-7Si合金相比分别减小了75.4%和67.2%,这说明微量AlFeCuTi对初生α-Al的细化效果优于Al2.5Cu0.5Ti合金。共晶Si的形貌从粗大的针片状被变质为蠕虫状,并且其平均长度和平均宽度分别被减小为8.9μm和0.85μm,与未变质的合金相比分别减小了74.4%和78.8%。另外,当微量AlFeCuTi合金添加到Al-7Si合金后,形成多种富铁相以及Al2Cu和Al3Ti金属间化合物。此外,当AlFeCuTi合金添加量为0.3wt.%时,合金的延伸率从3%增加到6.5%,增加了117%,并且合金的强塑积达到最大值为1235MPa%,与未添加AlFeCuTi中间合金的Al-7Si合金相比,增加了148.8%,并且Q值达到最高为311.9MPa,与未添加AlFeCuTi中间合金的Al-7Si合金相比,增加了33.5%。当AlFeCuTi合金添加量为1.5wt.%时合金的抗拉强度达到最大值,从162MPa增加到210MPa,与未变质合金相比增加了22.8%。（3）对添加了1.3wt.%Al2.5Cu0.5Ti的Al-7Si合金施加不同功率（300W,600W和900W）超声处理后合金中的初生α-Al均被细化为球状晶粒和等轴枝晶形貌。当超声功率为300W时,共晶Si的片层间距明显减小,力学性能最佳,合金的抗拉强度和延伸率分别被提高到194MPa和5.8%,相对于未超声的合金分别增加了16.2%和18.4%。向添加1.5wt.%AlFeCuTi中间合金的Al-7Si合金施加不同功率超声（300W,600W和900W）后合金中初生α-Al枝晶均被明显细化,当超声功率为900W时共晶Si被变质为短棒状。
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