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含鈧ZAlSi7Cu2Mg鑄造鋁合金（化學成分）的固溶處理
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-09-24
含鈧ZAlSi7Cu2Mg鑄造鋁合金（化學成分）主要用于制造活塞、缸體、缸蓋和曲軸箱等鑄件。
亞共晶鑄造Al-Si合金因其具有較高的比強度、良好的鑄造性能和耐蝕性能，廣泛應用于機械、汽車、航空航天等領域，其中ZAlSi7Cu2Mg合金主要用于制造活塞、缸體、缸蓋和曲軸箱等鑄件。隨汽車工業對產品輕量化和高強化的要求不斷提高，提高ZAlSi7Cu2Mg的力學性能就成為迫切需要解決的問題。
固溶處理是鋁合金最終熱處理的第一步，它直接影響合金的晶粒尺寸與形態、過剩相的數量、強化元素的固溶程度。為此固溶處理既要保證最大數量的強化相溶入基體，達到最大的過飽和度，又不引起過燒及晶粒長大；在隨后的時效處理過程中，促使晶內及晶界的第二相粒子均勻、細小析出，使合金達到峰值時效。ZAlSi7Cu2Mg合金的相組成比較復雜，在非平衡凝固時，合金的組織中存在Mg2Si、Al2Cu和Si相。在對Al-Si系合金的固溶處理過程中，共晶Si相顆粒會經歷鈍化、熔斷、粒狀化和粗化的過程。如固溶處理時間過長或溫度過高時，Si相可能出現明顯的粗化現象。鈧作為目前鋁合金中最有效的晶粒細化劑已被成功地應用于變形鋁合金。研究表明，在鋁合金中添加微量鈧，能顯著改善合金的工藝性能，細化鑄造組織，提高合金加工熱處理后的強度。本文通過洛氏硬度計、金相顯微鏡、X射線衍射等測試手段研究了固溶處理工藝對含鈧鑄造鋁硅合金組織的影響，為超高強鋁合金的研究提供重要參考。
實驗用材料以ZAlSi7Cu2Mg合金為基礎，其化學成為（質量分數，%）：6~8Si，1.2~1.8Cu，0.25~0.5Mg，0.1~0.2Mn，0.05~0.15Ti，0.02~0.06Sr，≤0.03Fe，余量為Al。采用5kW的石墨坩堝電阻爐進行合金熔煉，待ZAlSi7Cu2Mg合金熔清后，當鋁液溫度為730～740℃時，以Al-2.2Sc中間合金的形式添加0.4%的Sc并攪拌，保證中間合金充分溶解，在750℃靜置保溫30min，當鋁液溫度降低到710℃時，澆入經預熱的金屬型試樣模具中。將試樣分成6組，每組各取3個樣，其中一組作為參照試樣不做熱處理，另外5組分別采用管式電阻爐加熱到505、515、525、535和545℃，均保溫4h，然后水淬。
隨固溶溫度的升高，析出相溶解程度增大，但固溶溫度過高會使合金的晶粒長大，導致合金的綜合性能下降。通過X-射線衍射發現，隨固溶溫度的升高，基體α相衍射峰的強度逐漸增大，說明基體α相隨固溶溫度的升高而逐漸長大。通過添加微量的鈧，能夠使合金鑄態時的硅相由粗大的針棒狀變為圓滑邊緣的細枝狀結構，因而對合金具有明顯的變質細化作用。在固溶處理過程中，應嚴格控制固溶溫度與時間，以避免析出的沉淀相過分粗大，在隨后的淬火過程中，速度要快，以避免在晶界析出第二相。
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