Cu、Ce对Al-7Si-0.35Mg合金显微组织和力学性能的影响

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Al-7Si-0.35Mg合金可热处理强化,生产工艺简单。该合金抗拉强度较低,铸造组织中有较粗大的针状硅,影响材料的强度与塑性,限制其应用。本文采用控制变量法,研究同时添加Cu、Ce元素及热处理工艺对Al-7Si-0.35Mg合金显微组织及力学性能的影响。为提高铝硅合金力学性能提供参考。主要研究结果如下:1、Al-7Si-0.35Mg合金中添加3.4-3.8%Cu、0.15%Ce,合金T6态抗拉强度提高50%以上,且抗拉强度随Cu含量增加而提高,最高达到395.7MPa。Cu含量超过3.8%时,合金抗拉强度开始下降。添加3.8-4.0%Cu,合金T6态伸长率比Cu含量为3.6%时的降低27%。2、Ce可使铸态合金中的共晶硅从板条状,细化为短杆状、珊瑚状,直至变为细小的颗粒状。热处理后,添加0.15%Ce变质的合金伸长率达到5.5%,比未变质合金提高76%。Ce含量超过0.15%时,合金抗拉强度和伸长率随Ce含量的增加而下降;同时添加3.6%以上Cu及0.3%以上Ce,会生成针状Al9Ce2Cu5Si3相。该多元相无法通过热处理消除,对合金的抗拉强度和伸长率有不利影响。3、Al-7Si-0.35Mg合金铸态耐蚀性能随Cu含量增加而逐渐减弱。热处理后,添加3.6%Cu的合金腐蚀速率与Cu含量为3.4%时相差较小,仅增加5%。Cu含量超过3.6%后,该合金热处理态腐蚀速率明显增快。在本实验范围内,添加0.15%Ce时,Al-7Si-0.35Mg-3.6Cu合金腐蚀速率达到最低值;Ce含量超过0.15%,该合金腐蚀速率随Ce含量的增加而增快。综合上述结论,Al-7Si-0.35Mg合金中Cu、Ce元素优化的添加量分别为3.6%和0.15%。4、Al-7Si-0.35Mg-3.6Cu-0.15Ce合金的热处理优化工艺为505℃/12h+淬火+160℃/10h。该合金时效后的布氏硬度较铸态提高72%,抗拉强度为403Mpa,伸长率为7.9%。固溶处理使铸态组织中偏析于晶界的Cu、Ce元素大部分固溶到(Al)基体中,且分布均匀。时效过程弥散析出Al2Cu相,起沉淀强化作用。合金断裂方式由脆性断裂转变为塑性较好的准解理断裂。5、低压铸造的Al-7Si-0.35Mg-3.6Cu-0.15Ce合金铸件布氏硬度比重力铸造件提高9%,抗拉强度提高5.5%,伸长率提高32%。热处理后,低压铸造合金T6态抗拉强度为410Mpa,伸长率为9.6%。其抗拉强度和伸长率均比重力铸造的高,伸长率约提高19%。热处理态低压铸造的新研合金与同状态改性前合金相比:抗拉强度提高20.6%,伸长率降低4%。
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