Sb、Ca、Er对Al-8Si-0.6Mg合金显微组织和性能的影响

作     者：王一浩 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁霄鹏;曾智恒

授予年度：2022年

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

主      题：Al-Si合金 变质剂 显微组织 力学性能 电导率 

摘      要：亚共晶Al-Si合金以其优良的性能和低廉的成本在民用领域得到了广泛的应用。随着近年来该材料在通讯基站壳体上的运用,对材料的性能也提出了更高的要求。传统Al-Si合金中粗大的板片状共晶Si会严重损害合金性能,往往需要通过添加变质元素,可以有效改善Si粒子形貌,然而目前最常用变质元素Sr存在易烧损、易吸气、易与细化剂反应等不足。本文以Al-8Si-0.6Mg为基础合金,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等分析手段,分别探究变质元素Sb、Ca、Er对合金微观组织和性能的影响并阐述了微观组织与宏观性能的对应关系。主要研究结果为:(1)揭示了Sb元素对Al-8Si-0.6Mg合金中共晶Si的影响规律。Sb元素对共晶Si的变质效果随凝固速度增加而增强,在石墨模具、铁模、铜模三种冷速下,分别在Sb元素添加量为0.6wt.%、0.4wt.%和0.2wt.%时达到最佳变质效果。经Sb元素变质的合金结合固溶处理,可进一步实现Si粒子球化。固溶过程中,Si粒子演化机制由颈缩断裂,聚结融合,球化和粗化构成。(2)探明了Sb变质元素和固溶处理时Al-8Si-0.6Mg合金导电性能和力学性能的关系。Sb变质和固溶处理导致的Si粒子球化,显著降低了合金的电阻率,提高了合金的力学性能。Sb添加量为0.4wt.%的合金经8h固溶处理后可实现电阻率和力学性能的最佳理想匹配。(3)揭示了Ca元素对Al-8Si-0.6Mg合金显微组织的影响规律。Ca元素的添加可显著变质共晶Si,细化二次枝晶臂间距,但会引起孔隙率的增加。Ca含量为0.3wt.%,对共晶Si的变质效果最佳。Ca含量为0.1wt.%时,对二次枝晶比间距细化效果最佳。(4)探明了Ca元素对Al-8Si-0.6Mg合金电导率和力学性能的影响规律。随着Ca含量的增加,合金的电导率及力学性能均先升高后降低。当Ca含量为0.03wt.%时,铸态合金的电导率由基础合金的34.76%IACS提升至37.67%。当Ca含量为0.1wt.%时,合金的抗拉强度和伸长率达到最佳,分别为204.3MPa和4.45%,合金的断裂模式由脆性断裂转变为韧性断裂。(5)揭示了Er元素对Al-8Si-0.6Mg合金显微组织的影响规律。Er元素的添加可细化α-Al晶粒,促进针状共晶Si向纤维状转变,改变富铁相的析出类型。当Er的添加量为1wt.%时,α-Al细化效果最佳;当Er添加量为0.6wt.%时,对共晶Si的变质效果最佳;当Er添加量为0.4wt.%时,析出π-AlMgFe Si相。(6)探明了Er元素对Al-8Si-0.6Mg合金电导率和力学性能的影响规律。随着Er添加量的增加,合金的电导率和力学性能先升高后降低,当Er含量为0.4wt.%时,合金的电导率、铸态强度和伸长率分别为35.98%IACS、177.1MPa和4.7%。