Cu 含量對Al-7.0Si-xCu-0.5Mg鋁合金半固態(tài)鑄造微觀組織及力學(xué)性能的影響研究

摘要：

半固態(tài)鑄造通過改變合金的微觀組織可提高Al-Si-Cu-Mg鑄造合金的強(qiáng)度和韌性。以Al-7.0Si-xCu-0.5Mg（x=0、1、2）鑄造合金為研究對象，探討了Cu含量對合金微觀組織和力學(xué)性能的影響，比較了半固態(tài)鑄造和重力鑄造下合金的微觀組織及力學(xué)性能的差異。結(jié)果表明，半固態(tài)鑄造合金晶粒和晶界第二相得到細(xì)化，Cu元素的溶解擴(kuò)散促進(jìn)了時(shí)效過程中納米強(qiáng)化相的析出，提高了合金強(qiáng)度。Cu添加量的提高使時(shí)效過程中納米強(qiáng)化相數(shù)量增加，提高了合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，但伸長率小幅下降。對于相同Cu含量的合金，半固態(tài)鑄造合金因縮孔較少，組織致密性較好，具有比重力鑄造合金更好的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率。

主要結(jié)果：

組織細(xì)化： 半固態(tài)鑄造使α-Al晶粒呈球狀，晶界第二相細(xì)化；Cu含量增加（0→2%）促進(jìn)晶粒球化，但過量Cu（2%）導(dǎo)致晶粒粗化。

固溶處理： 半固態(tài)合金經(jīng)495°C×5h+525°C×4h固溶后，強(qiáng)化相充分回溶；重力鑄造合金殘留未溶θ-Al?Cu和Q相。

時(shí)效強(qiáng)化： 170°C時(shí)效下，Cu含量增加使峰值硬度從117.7HV升至154.9HV，但時(shí)效時(shí)間延長（12→22h）。

力學(xué)性能：

半固態(tài)鑄造合金優(yōu)于重力鑄造：抗拉強(qiáng)度（379→421MPa）、屈服強(qiáng)度（299→317MPa）隨Cu增加而提升，伸長率從7.5%降至6.8%。

強(qiáng)化機(jī)制：Cu增加Q'（Al?Cu?Mg?Si?）和θ'（Al?Cu）相密度，尺寸細(xì)化至2.8nm，通過切過機(jī)制強(qiáng)化位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。

結(jié)論節(jié)選：

半固態(tài)Al-7.0Si-xCu-0.5Mg鑄造合金微觀組織中初生α-Al晶粒呈球狀且分布均勻。隨著Cu含量的增加，晶粒尺寸和形貌影響不大，但是晶界第二相的種類和數(shù)量有所增加。

半固態(tài)Al-7.0Si-xCu-0.5Mg鑄造合金經(jīng)固溶處理后，共晶Si發(fā)生了球化，強(qiáng)化相基本回溶到α-Al基體中，相比之下常規(guī)重力鑄造合金仍存在未回溶的含Cu相。

對半固態(tài)Al-7.0Si-xCu-0.5Mg鑄造合金進(jìn)行170°C人工時(shí)效，試驗(yàn)合金的強(qiáng)度隨著Cu含量的增加而增加，但伸長率則降低，隨著Cu含量的提高，合金的峰值硬度從117.73HV提高到154.92HV，但是峰值時(shí)效時(shí)間則從12h增加到22h；峰值時(shí)效態(tài)抗拉強(qiáng)度從379MPa提高到421MPa；屈服強(qiáng)度從299MPa提高到317MPa，但是伸長率從7.5%下降到6.8%。

0Cu合金的主要強(qiáng)化相為β''相，1.0Cu、2.0Cu合金的主要強(qiáng)化相為Q'相和θ'相，Cu含量的增加有利于增加切過機(jī)制下析出相的數(shù)量密度，增加析出相的體積分?jǐn)?shù)，減小析出相的半徑，提高合金的力學(xué)性能。