變質處理對ADC12鑄造鋁硅合金組織及性能的影響★

劉 偉，田治坤

（湖南國防工業職業技術學院， 湖南 湘潭 411207）

鑄造鋁硅合金具有低密度、高的熱強性和耐磨性，在汽車制造、航空航天及家電等領域到廣泛的應用[1-3]。在鋁硅合金中，ADC12合金因其鑄造性能及耐蝕性能好、回收率高等特點具有極高的研究價值[4]，但由于該合金Si含量較高，合金組織中的硅相呈粗大的針片狀，嚴重割裂基體[5]，為改善其組織與性能，本文探究不同Sr含量對ADC12合金組織及力學性能的影響規律。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料及熔煉

根據ADC12合金成分表熔煉合金，待合金混合均勻后將溫度控制在735℃左右添加Sr變質劑，保溫10 min，然后進行精煉除氣處理，15 min后將溫度控制在710℃左右后澆入至預熱的金屬模具中進行凝固成型。ADC12合金的成分如表1所示。

表1 ADC12鋁合金化學成分 %

1.2 試驗方法

該實驗采用單項實驗法，以Sr含量為實驗變量，通過添加不同含量的變質劑研究其對ADC12鋁硅合金組織及性能的影響。變質處理實驗方案如表2所示。

表2 變質處理實驗方案

1.3 組織與性能測試

通過熔煉得到金屬試樣，經粗磨、細磨、拋光、腐蝕后將其置于金相顯微鏡下（型號：ZEISS-Imager）觀察，得到金屬試樣的顯微組織，研究硅相在合金組織中的大小、形貌、分布特點等，獲得Sr變質劑對合金顯微組織的影響規律。

根據GBT 6/397國標將金屬試樣加工成兩端直徑D=10 mm、中間直徑d=5 mm的標準拉伸試樣，通過在WDW-E100D拉伸實驗機進行常溫拉伸試樣，獲取力學性能數據。

2 試驗結果及分析

2.1 顯微組織

采用不同含量的Sr對ADC12合金進行變質處理，獲得鑄態下合金的金相顯微組織，其結果如圖1所示。

圖1 鑄態下不同w(Sr)的合金金相顯微組織

圖1中，灰色的粒狀、條狀為共晶Si相，白色組織為α（Al）基體相。當合金未加入Sr變質劑時，其金相顯微組織如圖1-1所示，此時，硅相幾乎均為塊狀及針狀形態。共晶硅的這種形貌是由α（Al）枝晶的生長形態導致而成，合金結晶時，當熔體中不存在異質晶核時，其枝晶的長大的驅動主要依靠熱流的散失，由于α（Al）枝晶在某些特定方向總會擇優生長，導致先形成的α（Al）基體會繼續沿著某些方向進行，后形成共晶硅相只能從α（Al）枝晶間隙中析出和長大，使其具有塊狀及針狀形態的形貌。

添加Sr變質劑的合金顯微組織如圖1-2、1-3、1-4所示，通過觀察我們發現此時的共晶Si相明顯比圖1-1細小、均勻。根據孿晶凹谷機制[6]，在鋁硅合金添加Sr變質劑后，當合金凝固結晶時，共晶Si相結晶前沿形成的孿晶凹谷處會富集Sr元素，成為異質晶核，共晶Si相隨著晶核增多，多晶粒同時增長，從而使塊狀、片狀的組織細化為纖維狀的等軸晶組織[7]。圖1-2、1-3是變質不夠充分的金相組織，從圖中我們可以發現，當Sr變質劑的含量升高時，合金顯微組織中的α（Al）枝晶、Si相開始變細小，已有部分Si相轉變為短纖維狀，但仍存有塊狀、針狀的硅相。圖1-4中，晶粒細小圓整、分布均勻，Si相皆成短纖維狀，該組織為優良的變質處理顯微組織。因此，w(Sr)為0.06%時，ADC12合金的顯微組織最好。

2.2 力學性能

采用不同含量的Sr對ADC12合金進行變質處理，獲得鑄態下合金的力學性能，其變化規律如圖2所示。

由圖2可知，當變質劑w（Sr）增大時，ADC12合金的伸長率和抗拉強度均大幅度增大；且當w（Sr）為0.06%時，合金的綜合力學性能達到最大。這是因為通過在ADC12合金中添加Sr變質劑，細化合金組織中的硅相，被細化后的硅相又會阻礙硅相旁邊的α（Al）基體長大，從而使合金的晶粒整體得到細化，使合金的伸長率與抗拉強度得到提高。

圖2 鑄態下w(Sr)對ADC12鋁合金力學性能的影響

3 結論

ADC12合金在未變質處理前硅相的顯微組織呈粗大板片狀、多角形以及星狀分布，經Sr變質處理后，顯微組織明顯得到改善，力學性能得到提高，且w（Sr）為0.06%時變質處理的效果最佳。