【摘 要】
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Al-Si-Mg铸造合金有着优良的加工性能,是具有较好的耐磨和抗疲劳性能的合金,因此被广泛地应用在汽车制造业和航天工业中。但随着来自能源危机和环境污染等问题带来的挑战,汽车轻量化可以降低整备质量从而提高汽车的动力,降低污染和燃料消耗。对于A356合金的细化剂强化,很多科研工作者都把细化剂的添加量定在0.1%-1%之间。在微合金化的理念下,本课题将控制（Sc+Y）添加含量不超过0.05%,探究细化剂
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Al-Si-Mg铸造合金有着优良的加工性能,是具有较好的耐磨和抗疲劳性能的合金,因此被广泛地应用在汽车制造业和航天工业中。但随着来自能源危机和环境污染等问题带来的挑战,汽车轻量化可以降低整备质量从而提高汽车的动力,降低污染和燃料消耗。对于A356合金的细化剂强化,很多科研工作者都把细化剂的添加量定在0.1%-1%之间。在微合金化的理念下,本课题将控制（Sc+Y）添加含量不超过0.05%,探究细化剂对于A356合金的强化影响。设计了九组不同Sc/Y质量分数分别为0%Sc、0.01%Sc、0.02%Sc、0.03%Sc、0.04%Sc、0.05%Sc、0.02%Sc+0.01%Y、0.02%Sc+0.02%Y、0.02%Sc+0.03%Y的合金,采用铝合金凝固温度分析、光学显微技术（OM）、扫描电镜（SEM）、拉伸试验和差示扫描量热法（DSC）等方法来研究微量稀土元素Sc/Y对A356金属型拉伸试样微观组织与机械性能的影响。结合研究需要,通过Materials Studio软件中的第一性原理计算方法探究晶体结构中Y原子缺失及Sc原子有序掺杂等Al3Y缺陷模型的结构稳定性。主要的研究结果如下:（1）与不添加Sc的A356合金相比,同时含有Sc和Y的合金具有较好的力学性能和较高的凝固过冷度。过冷度分别增大14.2℃（由凝固温度曲线确定）和3.4℃（由DSC曲线确定）。当添加0.02%Sc和0.02%Y时,屈服强度（YS）、极限抗拉强度（UTS）、延伸率（El%）和维氏硬度（HV）分别提高了108.5%、92.3%、83.6%和28.8%。不同Sc和Y添加量下,其维氏硬度曲线的变化趋势与SDAS-1曲线的变化趋势一致。在微合金化方向（≤0.05%）下,添加0.02%Sc+0.02%Y在细化晶粒方面最优,其拉伸断口具有典型的韧性断裂特征。（2）经过T6（固溶（530℃×4h）、时效（150℃×4h））热处理后,九组试样中添加0.02%Sc+0.02%Y的A356试样机械性能更好,屈服强度、抗拉强度、显微硬度分别为235 MPa、293 MPa、161.34 HV。粗大片状或不规则结构Si相向细小颗粒状演变,起到弥散强化的作用。大部分的Si相存在于αAl晶界处,少部分则以Mg2Si相的形式沿Si相析出。不同冷却速率的DSC曲线表明,较高的冷却速率（20℃/min）使得相变反应Liquid→αAl发生时的特征温度比冷却速率分别为10℃/min和5℃/min时推迟。（3）对构建的具有点缺陷的晶体结构模型进行几何优化,探究不同晶体结构的基本性质。Sc原子掺杂个数越多,则该结构的Cij值逐渐减小。不同晶体结构模型的分波态密度中都存在Al-p轨道电子、Y-d轨道电子和Sc-d轨道电子的混合共价效应。键峰位置分别为-27.74 e V和-49.05 e V的态密度值与Sc原子数有关,且随着Sc原子数的增加呈指数增加。
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