RE对Al-Si-Cu压铸铝合金组织与性能的影响

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Al-Si-Cu合金具有良好的流动性能、密度低、热稳定性好、耐磨等优点,常作为铸造铝合金广泛应用于汽车、轮船、军工等领域。但是铸造铝合金普遍韧性较差,为进一步提高合金韧性,本文以ADC12压铸铝合金为研究对象,分别单独添加0-2%的稀土 Y、Ce和Nd,对ADC12合金进行变质细化及进行后续的热处理;降低Cu和Fe含量、略微提高Mn和 Mg 含量,制备 Al-xSi-0.55Cu-0.85 Y-0.45Mn-0.45Mg-0.35Fe(x=7.5, 8.5, 9.5 wt%)合金。采用ICP、XRD、OM和SEM进行相组成和组织分析,万能材料拉伸试验机、螺旋流动模具和冲击试验机对比合金的室/高温拉伸力学性能、流动性能和冲击韧性,从而确定最佳的合金化元素类型、含量和热处理工艺参数,建立合金成分与组织、性能之间的内在关系,为高韧性压铸铝合金的开发提供理论依据。主要结果如下:(1) ADC12-xRE 合金由 α-Al、共晶 Si、Al2Cu、Al8SiFe2相及 Al-RE 相组成。Y、Ce和Nd三种稀土元素对ADC12合金具有一定的变质效果,变质效果为Y最佳,Ce次之,Nd最差。当Y为0.85 %时,ADC12合金变质效果最佳,合金铸态组织细化最显著。不仅使初生α-Al由粗大树枝晶转变为细小胞状晶和等轴晶,而且使针状共晶Si转变为细小纤维状或颗粒状,分布更均匀,等轴晶和颗粒状的共晶Si硅数目大大增加,同时生成Al3Y新相;此时合金的铸态流动长度、室温抗拉强度、伸长率和冲击韧性分别为1541mm,225 MPa,3.5%和10.8J/cm2,而铸态ADC2合金流动长度、室温抗拉强度、长率和冲击韧性分别为 1287 mm,188 MPa, 1.5 %和 3.8 J/cm2。(2)经过520℃保温8 h热处理后,ADC12合金的组织被细化,抗拉强度为205 MPa,伸长率为1.5%,冲击韧性为7.4 J/cm2;而ADC12-0.85Y合金组织中共晶硅相颗粒发生长大,抗拉强度降低,伸长率提高,冲击韧性大幅提高,与铸态ADC12-0.85Y合金相比,材料韧性显著提高。(3) Al-8.5Si-0.55Cu-0.85Y-0.45Mn-0.45Mg-0.35Fe 合金组织均匀,部分 Al 基体由枝晶状转变为等轴晶,短棒状共晶Si增加。合金具有优异的流动性能,但抗拉强度和伸长率分别为189 MPa和2.0 %,其综合力学性能不及ADC12-0.85Y合金。
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