含Mg共晶Al-Si变形合金组织性能的研究

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近年来,通过半连续铸造开发的可热处理强化的共晶变形铝硅合金,不仅比强度高,热膨胀系数低,还具有良好的耐腐蚀耐磨性和焊接性等优点,在工业中有广阔的应用前景。尽管通过半连续铸造配合合适的热处理及塑性加工显著地改善了硅颗粒形态和尺寸,获得了良好的塑性,使其由铸造合金变成了变形合金。但是有关该新型合金的组织性能变化规律的研究还不全面,特别是针对合金中含硅第二相对其组织性能影响的研究还较少。本文针对新型含Mg共晶Al-Si变形合金,研究了合金中硅颗粒的尺寸控制及其粗化行为,并分析了硅颗粒尺寸及分布对合金力学性能的影响,同时探讨了Mg2Si析出状态对合金力学性能及应变强化指数的影响,并且观察了在Mg2Si析出状态不同时,硅颗粒对合金裂纹扩展行为的影响。结果表明:1、Al-12.7Si-0.7Mg合金半连续铸锭经425℃×1.5h加热及83%变形热轧成板材后,其组织中共晶硅已基本碎化,再经530℃×15min固溶处理后,其硅颗粒趋于球化;当热轧变形量在83%92%之间变化时,固溶处理后板材中硅颗粒的尺寸、形貌及分布无明显变化。2. Al-12.7Si-0.7Mg合金半连续铸锭经425℃×1.5h加热及83%变形热轧成板材后,在410℃~540℃之间处理时,随着热处理温度的升高,共晶硅颗粒吞并长大化程度明显增大;在该温度范围加热初期硅颗粒平均半径增加较快,但随着时间的延长,硅颗粒平均半径的增大速率逐渐降低。3、通过半连续铸造并热轧的Al-12.7Si-0.7Mg合金板材,在随后加热保温过程中,颗粒逐渐粗化。在粗化前期,共晶硅颗粒的r3--t曲线呈抛物线形式;在粗化进行到一定程度后,共晶硅颗粒的r3-随时间t的变化近似呈线性关系,并且随温度升高,颗粒的粗化动力学常数逐渐增大,其Ostwald粗化行为符合经典的LSW理论;在粗化后期,颗粒的粗化动力学常数会逐渐减小,硅颗粒的r3-随时间t的变化将不再呈线性关系。4、通过半连续铸造并热轧的Al-12.7Si-0.7Mg合金板材,当基体中Mg2Si强化相析出状态一定时,随着共晶硅颗粒尺寸增大,分布变稀,合金的屈服强度变化不大;当硅颗粒平均半径在0.50-0.58μm之间变化时,其抗拉强度基本相同,但当硅颗粒平均半径在0.58~3.531μm之间变化时,其抗拉强度逐渐减小。5、通过半连续铸造并热轧的Al-12.7Si-0.7Mg合金板材,当组织中硅颗粒尺寸都为0.73μm左右,合金基体分别为峰时效、固溶淬火及退火态时,板材的Rpo.2、Rm、A分别为288.4 MPa、354.6 MPa、11.3%,115.8 MPa、268.3 MPa 18.6%和56 MPa、139 MPa、28.7%,表明该合金的力学性能取决于基体的状态。并且随该合金板材基体硬度的增大,断裂过程其裂纹尖端由绕过硅颗粒逐渐转向切过硅颗粒向前扩展。6、通过半连续铸造并热轧的Al-12.7Si-0.7Mg合金板材,其总应变强化指数n值固溶态的最大,自然时效12d的次之,退火态的再次之,峰时效状态的n值最小;但对于固溶淬火人工时效状态的板材来说,随着时效时间的延长,n值先减小后增大。7、该合金板材的连续应变强化指数nc值,随着应变终点的变大,退火样品的nc值先变大然后趋于平稳,固溶淬火态样品的nc值是先变小后变大然后趋于平稳,而时效态样品的nc值是先变小后逐渐趋于平稳;其阶段应变强化指数ns值,随着阶段应变的变大,退火态样品的ns值先变大后变小,固溶淬火态及自然时效态样品的ns值是逐渐变大的,而人工时效态样品的ns值都是先急剧变小然后缓慢变大的。
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