稀土Sm对Al-Si-Mg合金微观组织和力学性能的影响

作     者：董衍蘅 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾志宏

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Al-7Si-0.3Mg铸造合金 稀土Sm 微观组织 细化机制 

摘      要：Al-7Si-0.3Mg合金因铸造性能好、比强度高、抗腐蚀、耐摩擦等优点在航空航天和汽车制造等领域被广泛应用。未经变质处理的Al-7Si-0.3Mg合金中的α-Al枝晶粗大,共晶硅通常为粗大的片层状,且外边缘较为尖锐,在外力作用下易在尖端部位萌生裂纹,严重降低合金的力学性能。变质处理可有效改善合金组织,提高力学性能。本论文以Al-7Si-0.3Mg合金为基础合金设计了四组稀土Sm含量不同的合金。除基础合金外其它三组合金分别添加0.3 wt.%,0.6 wt.%和1.2 wt.%的Sm元素。主要采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)结合能谱分析(EDS)、X-射线衍射(XRD)等测试分析方法研究了不同含量的Sm元素对合金微观组织的影响和Sm元素在合金中的存在形式及分布,结合差示扫描量热法(DSC)分析了Sm元素改善共晶硅形貌的机制。通过拉伸试验和断口分析研究不同含量的Sm元素对合金力学性能的影响。主要研究结果如下:(1)添加Sm元素对合金的晶粒尺寸没有明显的影响,但可以显著细化α-Al二次枝晶间距。铸态合金中的共晶硅尺寸随Sm元素含量增加而减小且边缘逐渐钝化。T6热处理后随Sm元素含量增加,合金中共晶硅的尺寸先减小后略微增大,且球化程度逐渐增加。(2)添加的Sm元素主要形成了AlSiSm初生相,该相独立存在于Si的临近位置。当Sm元素含量较低时,初生相以尺寸相对较小。随着Sm元素含量的增加,该相随之长大。部分Sm元素可能与P元素结合形成了SmP相。(3)稀土Sm可以显著细化共晶硅。添加Sm元素抑制了AlP相的形成,减弱了AlP相对共晶硅形核效能的促进作用。合金凝固过程中Al-Si共晶反应的过冷度随着Sm元素添加量的提高而增大。(4)添加Sm元素对合金韧性提升较大。当Sm元素含量为0.3 wt.%时,T6热处理后合金的综合力学性能最佳,抗拉强度和断后延伸率分别为310.77 MPa和11.17%。