固溶处理对挤压铸造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金显微组织及硬度的影响
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图片说明： 辖鹗匝鈹嘭鄧匝馀峫M7-8000型高温炉中进行固溶处理。其中固溶处理温度为480℃、495℃、515℃和525℃，固溶处理时间分别为0h、2h、6h、10h和12h。将固溶处理前后的试样经研磨、抛光后采用0.5%HF腐蚀，采用OLYMPUSGX-51光学显微镜进行显微组织观察；采用HBS3000型数显布氏硬度计测定合金的布氏硬度，所选用的钢球压头直径为5mm，试验力为250kg，试验力的保持时间为30s，在每个试样表面的不同位置上测量3个点，将3个数值取平均值作为该试样的硬度值。2试验结果与分析2.1Al-17.5Si-4Cu-0.5Mg-0.1Mn合金铸态显微组织图1所示为重力铸造和挤压铸造成形后Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金的显微组织。由图1a可以看出，Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金的铸态显微组织主要由粗大的、多角状的A相、细小棒状的B相、短棒状的灰白色C相、鱼骨网状的D相及Al基体组成。对过共晶Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金中各相进行能谱分析，分析结果如表2所示。表1挤压铸造工艺参数Table1Parametersofsqueezecastingexperiments浇注温度/℃750模具温度/℃300挤压压力/MPa676保压时间/s30模具涂料石墨机油由表2可以得出合金显微组织中A相为初生Si相、B相为共晶Si相、C相Al2Cu相、D相为AlCuMgSi四元相。由文献[13]可知，传统熔铸法制备的过共晶Al-Si合金中，初生Si呈现粗大块状，Al-Si共晶并存组织中的共晶Si相呈现针状。由图1a可以看出，经过添加变质细化剂后，Al-Si共晶并存组织中的共晶Si相由针状转变为棒状，棱角有所减少，但是并没有粒状化，而初生Si相仍呈现粗大块状。由图1b可以看出，经过挤压铸造成形后，合金组织中的粗大初生Si相和第二相的数量明显减少，尺寸大幅减小，但是挤压铸造后共晶Si形貌变化不太明显，因此，在后续加工前有?
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图片说明： ··图2固溶温度对挤压铸造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金显微组织的影响Fig.2EffectofsolutiontemperatureonmicrostructureofsqueezecastingAl17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mnalloy形貌越来越圆整；当固溶温度为525℃时，Si相的球状形貌相对规则，分布更加均匀。图3为挤压铸造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金在不同温度下固溶处理6h后的硬度变化曲线，可以看出，随着固溶温度的增加，合金的硬度呈逐渐上升趋势，在试验温度范围内，当固溶温度为525℃时，合金硬度取得最大值，为HB124。对于高硅铝合金，硅具有较大的扩散系数，它们在铝中的扩散速度比较快。根据菲克第一扩散定律，在单位时间dτ内，通过单位截面积ds（垂直于原子流动方向）在浓度梯度为dc/dl的路程中所扩散的物质量dm为：dm=Ddcdlds×dτ（1）式中：D为元素的扩散系数。由上式可知，影响元素扩散系数D的因素，必将影响固溶处理过程，而D与温度呈下列指数关系：D=Doc-QRT（2）式中：D0为扩散系数；c为元素浓度；Q为扩散激活能；R为气体常数；T为绝对温度。由公式（1）、（2）可知，随着固溶温度的提高，合金显微组织中Si元素的扩散系数越大，单位时间内扩散的物质量dm越多，固溶过程越充分，固溶强化作用逐渐增大，所以在525℃时合金组织中Si相的形貌最为圆整，合金的硬度取得最大值。2.3固溶时间对合金组织及性能的影响图4为挤压铸造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金在525℃下固溶处理不同时间后的显微组织。由图可以看出，在固溶处理2h后，合金组织中棒状的共晶Si相发生了熔断、钝化，合金显微组织中单位面积内Si相颗粒的数量明显增多，，且Si相尺寸有所减小（图4b）；当固溶时间为6h时，合金组织中共晶Si相基本为短棒状和近球状，且分布较均匀（图4c）；由图4
【作者单位】： 沈阳工业大学辽宁省高校轻金属材料与工程重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金(50971092) 辽宁省自然科学基金(201202166) 沈阳市科技创新专项(F14-231-1-23)
【分类号】：TG166.3;TG146.21
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