ADC2-0.4Mg-xCu铝合金及其半固态组织与性能研究

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Al-Si压铸合金因结晶温度区间小、Si相凝固结晶潜热和比热容大、线收缩率小、具有良好的流动性能、较小的热裂及缩松倾向,在高Si铝合金中引入Mg和Cu元素,还可以得到很好的导热性,因而得到广泛应用。半固态压铸与普通液态压铸相比,可以增加压铸件的致密性,因而半固态压铸件的强度更高,承压能力更强;通过后续固溶时效处理,可以进一步提高半固态压铸件的性能。本文以ADC2-0.4Mg合金为基体,引入Cu元素进行微合金化,结合OM、SEM、XRD以及拉伸和显微硬度测试等手段系统地研究了ADC2-0.4Mg-xCu合金的铸态以及半固态的组织变化及热处理对该合金性能的影响,结果表明:对ADC2-0.4Mg合金进行Cu的微合金化后,合金的铸态显微组织得到明显改善,枝晶减小,基体组织与共晶组织分布更为均匀,与此同时,合金的铸态显微硬度与力学性能有所提高,0.9 wt.%的Cu元素添加含量对基体合金的显微组织及力学性能优化效果最佳,此时合金的铸态显微硬度为85.12 HV0.2,合金的拉伸强度为244 MPa,延伸率为7.3%,呈现为以准解理断裂为主的混合断裂模式。铸态ADC2-0.4Mg-xCu合金是由α-Al基体相、少量初生β-Si相以及Al3.21Si0.47、Al9Si共晶相组成,并未检测到含Mg相与含Cu相的出现。对ADC2-0.4Mg-xCu合金进行的等温热处理实验结果表明:当含Cu量在0.9wt.%时,所获得的半固态组织最为细小。ADC2-0.4Mg-0.9Cu合金在610℃保温15 min后获得最佳半固态组织,此时其平均晶粒尺寸、固相率与形状因子分别为50.162μm、42.75%和1.671。固相颗粒是由初生α1-Al和次生α2-Al以及少量块状初生β-Si相组成,液相组织则是由共晶组织熔化形成,固相颗粒被熔化的液相所包覆。ADC2-0.4Mg-0.9Cu合金在等温热处理过程中主要经历了早期枝晶粗化、分离和球化以及最后的粗化等三个阶段。对ADC2-0.4Mg-0.9Cu合金进行的热处理研究表明:在对ADC2-0.4Mg-0.9Cu合金进行固溶处理时,蠕虫状和针片状共晶组织发生回溶,转变为粒状以及短杆状。在时效阶段第二相脱溶析出,细小的析出相提高了合金的力学性能。铸态ADC2-0.4Mg-0.9Cu合金的最佳热处理工艺为530℃固溶24 h,180℃时效12 h,此时合金处于峰时效态,并且合金的硬度出现了“双峰”效应。在峰时效态下合金的显微硬度为106.57 HV0.2,拉伸强度为274 MPa,较铸态提升了25.2%和12.3%。而非枝晶态ADC2-0.4Mg-0.9Cu合金的最佳热处理工艺是520℃固溶20 h,180℃时效12 h,此时合金达到峰时效态,其硬度为94.91 HV0.2。
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