真空壓鑄工藝下Mg對AlMgFe合金組織及力學性能的影響

張亞琴，徐 濤，李遠發，陳善榮

（1.太原工業學院機械工程系，山西 太原 030000；2.嘉瑞科技(惠州)有限公司，廣東 惠州 516000）

近年來，為了減少汽車尾氣排放及提高新能源車的性能，對于汽車輕量化的要求十分迫切。目前，以鋁代鋼是汽車輕量化的主要途徑之一[1]。壓力鑄造可以用于制作表面質量精良，尺寸精度高及結構復雜的鋁合金鑄件。為了滿足鋁鎂合金制件的工作要求，如何提高鋁合金的強度成為了本次重要的研究方向。稀土元素對鋁合金具有固定溶強化和沉淀強化作用，并能導致晶粒細化，影響合金的強度和耐熱性。很多研究探究了添加稀土元素對商用鋁合金所性能的提高作用。可以看到，研究稀土元素對Mg.AI系鎂合金強度的影響主要集中于AZ、AM等系列，提高合金耐高溫性能的研究則集中于AE系列，但單獨添加稀土元素Gd對Mg.A1二元合金強度的影響的研究較少。由于壓鑄Mg.AI系合金零部件在工業生產中應用非常廣泛因此本試驗選擇在真空壓鑄MgA1-元合金中添加稀土元素Gd，研究不同含量Gd對時效處理前后鎂合金顯微組織、室溫抗拉強度的影響，為稀土元素改善提高鎂合金的組織性能的研究提供一些經驗。

但由于常用的壓鑄合金（如A380、ADC10、ADC12等）塑性較差，因此，壓鑄合金通常只用于功能件，如變速箱殼體、油底殼等。由于汽車工業減重需求的增加，近年來，高塑性較高強度的可用于汽車結構件的鋁合金材料的研究逐漸被人們所重視，國內外相繼涌現出一批新型鋁合金材料，如JDA1、JDA2、AlSi10MgMn、AlMg5Si2、AlMg4Fe2[2]等，在配合真空壓鑄技術和適當熱處理工藝可以用于生產汽車門內板、減震塔、A柱和橫梁等高性能受力件。AlMg4Fe2合金因具有以下顯著的特點：①高Fe含量；②在非熱處理條件下，具備很高的延伸率（超過15%）和較高的屈服強度（≥100MPa），正在壓鑄合金中得到越來越多的重視。目前，AlMg4Fe2在國內研究較少，因此本文針對AlMg4Fe2材料進行了初步的研究工作。

枸杞鹽析蛋白質含量采用考馬斯亮藍法測定[11]。每個樣重復三次。用牛血清白蛋白配置標準液，在波長595nm處測得吸光值，繪制標準曲線，通過標準曲線得到不同飽和度鹽析得到的蛋白樣品的蛋白含量。

1 試樣制備與方法

Mg-Al-Gd合金熔煉在SG-5-10坩堝電阻爐中進行，原材料為Mg錠、Al錠和Mg-30%Gd中間合金。Gd的加入量分別為1%、2%和3%，Al含量為5%，其余為Mg。將Mg錠和Al錠加入電阻爐中，在0.1%的SF6和N2的混合氣體保護下加熱到720℃，待錠料完全融化后，加入Mg-30%Gd中間合金，保溫在30min,然后利用冷室壓鑄機進行真空壓鑄，直接得到拉伸試驗所用試樣。壓鑄參數為：模具溫度在150℃～210℃、壓射速度6m/s、壓鑄壓力為60MPa、保持時間為3s。拉伸前要將標距及圓角過渡部位沿軸向打磨光滑。

圖1 AlMg4Fe2合金SEM顯微照片和EDS能譜分析

本實驗使用原材料為Al-10Mn、Al-10Si中間合金、AlFe2鑄錠以及工業純Mg，電阻絲加熱爐融化，溫度為660℃時，用錫箔紙包裹純鎂加入熔融金屬中以降低燒損。當熔體溫度上升至700℃時，用氮氣精煉15分鐘，然后開始扒渣，靜置10分鐘，澆注成樣。實驗采用厚度為3mm的板材試樣。在型腔內真空度保持在100kPa以下的真空情況下，采用280t臥式冷室壓鑄機，壓射壓力為120MPa，保壓10s。實驗中使用光學顯微鏡進行OM測試，衍射儀進行XRD物相分析、掃描電鏡進行SEM分析和表征。力學性能測試在WDW-555微機控制電子萬能試驗機上完成，根據標準GB/T228.1-2010的規定制作樣棒，取5個以上實驗結果的平均值。

2 實驗結果及分析

2.1 合金組織觀察及分析

表1中列出兩種Mg含量的AlMg4Fe2合金的力學性能，隨著Mg含量增加，鑄件的抗拉強度和屈服強度也增加，尤其屈服強度增加較為明顯，而延伸率顯著下降。當Mg含量在4.5%時，合金的抗拉強度為275MPa，屈服強度只有123MPa，延伸率卻高達10.6%，當Mg含量增加到6.5%時，合金抗拉強度增加到305MPa，屈服強度劇增到152MPa，延伸率為7.1%，相比較屈服強增加了23%，但延伸率降低了33%。這個變化主要是因為Mg含量增加了增加微觀組織中Al-Mg共晶體的含量，增加了位錯運動所需的自由能，從而提高了屈服強度，但同時使其塑性降低。

2.2 AlMg4Fe2合金的力學性能

利用帶有EDS能譜分析的SEM掃描電子顯微鏡對含4.5%Mg試樣進行微觀分析，從圖1中明顯可以看到，沒有出現普通壓鑄件中常見的氣孔等缺陷，說明真空壓鑄保證了鑄件內部不出現卷氣缺陷，從而保障了AlMg4Fe2鑄件的高塑性。另外真空壓鑄AlMg4Fe2合金顯微組織中心和表面組織相差較大，一般表面有一層細晶層，厚度約為150μm，鑄件表面晶粒較鑄件心部細小，主要由細小圓滑的α2-Al晶粒和晶界處的Al-Mg共晶體組成。而心部則出現粗大的枝晶狀的α1-Al晶粒。鑄件多為枝晶狀的α1-Al晶粒，晶粒尺寸約為35μm～100μm之間。觀察AlMg4Fe2壓鑄件中Al3Fe相和Al6Fe相的形態和分布，如圖所示。圖中可以看到有大量亮白色針狀及漢字狀相呈現在掃描電鏡圖片中，尺寸較細小，約在5～20μm。對這些漢字狀的亮白色的相（Spectrum1）和針狀亮白色的相（Spectrum2）進行EDS能譜分析，發現其Fe原子含量分別高達23%和13%，而深色的基體（Spectrum3）中Fe含量為0%。結合文獻中合金XRD衍射圖譜結構[3,4]，基本可以確定這些白色相就是Al3Fe和Al6Fe相，其在AlMg4Fe2壓鑄件中，分別呈現針狀和漢字狀形貌。

表1 不同Mg含量的AlMg4Fe2合金的力學性能

（2）真空壓鑄AlMg4Fe2合金中，Fe以Al3Fe和Al6Fe相形式存在，形成細小的針狀和漢字狀形貌，尺寸約5μm～20μm左右，沒有出現粗大的含Fe相，保證了合金的高塑性。

3 結論

（1）真空壓鑄AlMg4Fe2合金顯微組織中心和表面組織相差較大，表面有一層細晶層，厚度約為150μm，鑄件表面晶粒較鑄件心部細小，主要由細小圓滑的α2-Al晶粒和晶界處的Al-Mg共晶體組成。而心部則出現粗大的枝晶狀的α1-Al晶粒。

取含量為4.5%Mg的合金力學性能與常用的Al-Si、Al-Si-Cu和Al-Si-Mg合金及其他新型的汽車結構件用鋁合金性能[5-8]對比，可以發現，非熱處理狀態下AlMg4Fe2的延伸率明顯高于常見Al合金，可以達到其他新型鋁合金鑄態，甚至熱處理后的水平，結合其高Fe含量在壓鑄生產中的優勢及其一定的合金成分優化設計能力，在制造高質量低成本的鋁合金汽車結構件上有廣闊的應用前景。

（3）在含Mg量4.5%和6.5%的AlMg4Fe2合金中，隨著Mg含量的增加，力學強度增加而延伸率降低。最高延伸率達到了10.6%，高于常見壓鑄鋁合金，抗拉強度最高可達305MPa，在常見壓鑄合金中也屬于較高水平。AlMg4Fe2合金這種高塑性和性能可調性，為其滿足不同力學性能要求的汽車結構件提供了廣闊的應用前景。

(1)礦山表層存在著嚴重的損害現象。作為礦區基本的土地利用類型，林地的經營發展有著較強的特殊性，目前林地管理主要采用集體管理模式。礦山區域內，有矸石堆積區、工人生活區以及開采區，在這些區域進行建設時，往往會破壞原有地面上的植被與地質。同時，采礦工作中會對地質結構產生較大的擾動，進而加劇土地資源與地質結構的破壞。

4 結束語

鑄態Mg-8Gd-3Y-0.4Zr合金微觀組織主要由α-Mg和共晶Mg24(Gd,Y)5化合物組成。經固溶處理后，共晶化合物大量溶解于鎂基體，合金主要含過飽和α-Mg及方塊相。

眾所周知，不同工業設備之間的連接，是一個極其復雜的問題。各種不同時期、不同品牌、不同協議的工業設備，如機床、熱處理設備、自動生產線、柔性生產線、專機設備、AGV、3D打印設備、注塑機、測量儀、機器人乃至可穿戴設備等，都有不同格式的數據通信協議。

選取2016年10月～2018年1月遼源市中醫院收治的肝硬化患者100例作為研究對象，將其隨機分為研究組與對照組，各50例。其中，研究組男30例，女20例，年齡41～66歲，平均年齡（50.8±4.3）歲，病程1～6年，平均（3.5±0.6）年；對照組男31例，女19例，年齡40～67歲，平均年齡（50.5±4.5）歲，病程1.5～5年，平均（3.8±0.5）年。兩組患者的性別、年齡及病程等一般資料比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。

固溶合金中方塊相的含量隨固溶溫度的升高而增大，力學性能也有所提高。