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细化Al-Si-Fe合金中的硅相和富铁相是提高合金性能的重要途径,为此,本文采用半固态成形技术制备了Al-20Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg合金,系统地分析了半固态成形过程中第二相破碎机理,研究了合金的力学性能特点。 通过分析第二相在半固态成形过程中的应力状态,模拟了半固态成型过程中的应变。结果表明,应变和挤压比与破碎应力成正比,温度与破碎应力成反比,受力面积s1与S3相差越大,破碎应力就越大。未变形区的第二相基本不发生破碎;变形区的第二相基本都能发生一次性破碎,变成小长条状和少量粒状相;慢流动区的第二相破碎效果最好,针状或板条状相可以发生多次次破碎,立方形态相的棱角也在此区发生钝化;定径区是最终成形区,发生破碎较少。模拟的结果表明,应变主要发生在变形区和慢流动区,定径区上部在成形过程中有比较小的应变,未变形区不发生应变。 Al-20Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg合金在半固态成形后,组织发生了显著的变化,粗大的片状和针状初生相消失,尖角钝化,形成较为圆整的近粒状相,尺寸减小;共晶组织变得细小而且均匀,且圆整化。随着挤压比的增大,第二相破碎效果越好,分布越均匀,与理论计算结果一致。随着成形温度的降低,第二相的破碎效果越好,与理论计算结果一致。 半固态成形使Al-20Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg合金的力学性能得到大幅度提高,极限抗拉强度达到了239.6MPa,比铸态提高了117.4%;伸长率达到了2.0%,比铸态提高了300%。随着挤压比的增加,抗拉强度和伸长率提高。高温干摩擦条件下,Al-20Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg合金随着挤压比的增加,失重量越来越小,挤压比为10:1时,在该条件下加载70min后失重仅为同样条件下390合金磨损失重的30.78%。高温润滑条件下,Al-20Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg合金不同挤压比的磨损失重量都比较小,相比而言,挤压比为6:1的磨损失重量稍微大些。挤压比为10:1的试样磨损失重为1.77mg,仅是390合金的3.09%。