超聲波處理對鑄造鋁合金組織和力學性能的影響

楊途才，李雪姿，石登陸，陳真，楊蘭

（百色學院，廣西 百色 533000）

A356鋁合金具有優越的性能，被用來制造汽車輪轂，而且經過T6處理后，明顯改善其顯微組織，切屑性能和塑性得到改善[1]。添加適量的稀土Er主要的目的是為了使粗大的魚骨狀晶粒變得細小、圓整、規整的小塊狀，并且強化相與鋁基體能夠均勻分布，這樣既提高力學性能，又改善切屑性能，滿足使用需求。

鑄造A356鋁合金經過晶粒細化和熱處理后，抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率等各方面的性能得到相應的改善，成為汽車零配件的合適材料[2]。Ejiofor J.U，Reddy R.G等[3]通過研究發現，稀土能夠和A356鋁合金發生強化作用，使合金的晶界出現更加多的強化相，提高了合金的再結晶溫度，切屑性能也得到改善。Sharan R，Anantharman T R[4]研究表明，添加0.5～1%的稀土元素能使A356鋁合金組織發生變質作用，使合金組織晶粒細小；后來他又通過試驗研究認為，稀土的添加量在0.1%～0.6%，改善合金組織結構，此時合金的力學性能得到綜合提高。

本文研究超聲波振動對A356鋁合金組織和力學性能的影響，通過對比經超聲波振動前后鋁合金組織和性能的變化，確定超聲波振動對鋁合金獲得良好組織與性能的最佳時間，為改善A356鋁合金組織和力學性能提供借鑒。

1 試驗

圖1 拉伸試樣模具

實驗中所采用的原材料為純鋁、Si、Mg、Al-10%Er中間合金、塊狀六氯乙烷、耐火材料等，利用Nabertherm箱式坩堝熔煉爐熔煉，待Al、Mg、Si成分均勻后，使熔煉爐中鋁液溫度穩定在720℃，將超聲波振動工具頭插入鋁液中，保持5min、10min、20min不同的時間，澆筑到預熱的金屬拉伸模具中（金屬拉伸模具如圖1所示），得到A356鋁合金拉伸棒，經過加工得到試驗用的鋁合金拉伸棒。具體的工藝流程如圖2所示，得到試驗所有的毛坯棒，經過熱處理后，加工成拉伸棒如圖3所示。

圖2 工藝流程圖

圖3 拉伸試樣

3 超聲波振動時間對A356鋁合金組織的影響

圖4-7所示為A356鋁合金經超聲波振動不同時時間后，經粗磨、細磨、拋光、腐蝕后，在顯微鏡下放大200倍的組織。圖中可知，A356鋁合金組織中主要以初生相α-Al(白色部分)、共晶硅以及強化相Mg2Si。圖4為A356鋁合金不經超聲波振動的組織，圖5為A356鋁合金經超聲波振動5 min的組織，圖6為A356鋁合金經超聲波振動10 min的組織，圖7為A356鋁合金經超聲波振動15 min的組織。對比圖4-7可知，圖4組織晶粒較為粗大，共晶硅形狀不均勻，分布不均勻，顆粒較為粗大，合金成分偏析。經過超聲波振動過后，合金的組織晶粒逐漸變小變細，形狀由不規則的魚骨狀向圓形狀轉變，組織分布慢慢均勻，成分偏析現象沒有那么明顯。特別是在超聲波振動10min的狀態下，合金的晶粒組織較為均勻，成分分布較為均勻。

圖4 超聲波振動0 min的組織

圖5 超聲波振動5 min的組織

圖6 超聲波振動10 min的組織

圖7 超聲波振動15 min的組織

4 超聲波振動時間對A356鋁合金力學性能的影響

經超聲波振動不同時間后A356鋁合金的力學性能。超聲波振動10 min后，A356鋁合金表現出較好的力學性能。未經超聲波振動的A356鋁合金的抗拉強度為215MPa，之后隨振動時間的增加，合金的抗拉強度逐漸增大。當振動時間為5min、10min、15min時，A356鋁合金的抗拉強度分別為230 MPa、260 MPa、235 MPa。尤其是當超聲波振動10 min時，A356鋁合金的抗拉強度達到了260MPa，超聲波振動10 min后，對A356鋁合金的抗拉強度的增強作用尤為明顯。

5 結論

（1）超聲波振動能夠改善、細化A356鋁合金晶粒。經過超聲波振動過后，合金的組織晶粒逐漸變小變細，形狀由不規則的魚骨狀向圓形狀轉變，組織分布慢慢均勻，成分偏析現象沒有那么明顯。特別是在超聲波振動10min的狀態下，合金的晶粒組織較為均勻，成分分布較為均勻。

（2）超聲波振動提高A356鋁合金的力學性能，經超聲波振動后，A356鋁合金表現出較好的力學性能。尤其是當超聲波振動10 min時，A356鋁合金的抗拉強度達到了260MPa，力學性能最優。