世界建筑雜志國家級期刊《科技致富向?qū)А冯s志是經(jīng)科技部和國家新聞出版總署批準(zhǔn)，由中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會科普部、山東省科協(xié)主管主辦的國家級正規(guī)刊物，雜志融新聞性、科技性、創(chuàng)新 性、可讀性、針對性為一體，以“引領(lǐng)科教新潮流，展現(xiàn)科技新成果”為宗旨，堅持對科技創(chuàng)新領(lǐng)域的研究與探討，匯集高等院校、學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)的研究成果、實戰(zhàn) 派的寶貴經(jīng)驗。
　　摘要：采用控制變量法，研究了Cu，Ce元素添加對Al7Si0.35 Mg合金鑄態(tài)及505 ℃10h固溶淬火+160 ℃6 h時效熱處理后顯微組織和力學(xué)性能的影響.Cu，Ce元素對熱處理態(tài)合金的強(qiáng)度、塑性影響顯著.熱處理態(tài)下，Ce含量一定時，添加3.4%～4.0% 的Cu元素能使Al7Si0.35 Mg合金的斷裂強(qiáng)度提高50%以上.添加3.6%～3.8% 的Cu元素時，合金的抗拉強(qiáng)度超過了390 MPa;Ce可以有效改善共晶硅的形態(tài)，提高合金的伸長率.當(dāng)Cu含量一定時，添加0.15%的Ce，Al7Si0.35Mg～3.6Cu合金的伸長率從 4.2%提高到7.4%.添加過量的Cu，Ce元素，合金中會生成針狀的Al9Ce2Cu5Si3四元相.實驗結(jié)果表明，Al7Si0.35Mg合金中同時添加3.6% Cu 和 0.15% Ce時，材料有良好的綜合拉伸性能.

　　關(guān)鍵詞：世界建筑雜志國家級期刊,微觀組織,力學(xué)性能,AlSiMg合金,熱處理

　　隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，提高零部件的安全性、延長使用壽命、縮短生產(chǎn)周期成為節(jié)能環(huán)保大主題下的必然趨勢.這對所選材料的力學(xué)性能提出了更高的要求.鋁硅合金因其良好的鑄造性能、焊接性能和耐磨性能，被廣泛應(yīng)用于船舶零件、汽缸體蓋及電力金具等方面[1].Al7Si0.35Mg合金是可熱處理強(qiáng)化的鋁硅合金，生產(chǎn)工藝簡單，有相對較高的比強(qiáng)度，且價格低廉，對提高汽車燃料功率有很好的作用[2-3].

　　合金化是目前獲得高強(qiáng)度鑄造鋁合金的主要途徑之一.研究發(fā)現(xiàn)，Cu元素對鋁硅合金抗拉強(qiáng)度的提高效果顯著[4-5].Muzaffer Zeren等認(rèn)為，Cu添加量為3%～5%時， Al7Si0.35Mg合金的硬度和抗拉強(qiáng)度有大幅的提高[5-6].同時，針對合金在鑄造過程易產(chǎn)生的板片狀共晶硅相，工業(yè)上廣泛使用Na鹽、Sr及 La等稀土元素對共晶硅相進(jìn)行變質(zhì)處理.Na鹽和Sr對共晶硅有較好的變質(zhì)作用，但存在變質(zhì)有效期短、吸氣傾向大等缺點[7-8].稀土Ce對 Al7Si0.35Mg合金變質(zhì)效果的研究還比較少.關(guān)于Al7Si0.35Mg合金中添加Cu后同時用Ce變質(zhì)的研究更是少有報道.

　　本文作者采用固定變量法，研究了Al7Si0.35Mg合金中同時添加Cu，Ce元素后，合金力學(xué)性能及顯微組織的變化.優(yōu)化出Cu，Ce元素的最佳添加量，以進(jìn)一步提高該合金的力學(xué)性能.

　　1實驗

　　1.1合金的制備

　　熔煉選用的材料為商用A356鑄錠(成分為Al7Si0.35 Mg)、純銅以及Al20Ce中間合金.熔煉時，先將A356鑄錠置于粘土石墨坩堝中，在760 ℃下保溫，直至其熔化.按實驗設(shè)計的合金成分(如表1所示)，加入表面打磨干凈的純Cu，待Cu完全熔化后加入Al20Ce中間合金，并在730 ℃下保溫45 min.按總爐料質(zhì)量的0.5%添加工業(yè)鋁合金精煉劑，精煉除渣后靜置5～10 min.最后在730 ℃下澆鑄到250 ℃的金屬模具中，獲得的板形鑄錠長寬高尺寸為100 mm×20 mm×120 mm.實驗合金經(jīng)過T6熱處理，具體制度為：505±2 ℃固溶10 h后，室溫水淬火.再于160±1 ℃下時效6 h后空冷.

　　1.2性能測試與分析手段

　　在WDWE200電子萬能力學(xué)試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗，拉伸速度為1 mm/min.拉伸試樣為直徑6 mm的國家標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，力學(xué)性能為3根試樣的平均值.采用FEI QUANTA 200掃描電鏡、EDS附件和 JEOL JEM 3010型透射電鏡進(jìn)行顯微組織觀察及成分分析.

　　2結(jié)果和討論

　　2.1力學(xué)性能

　　圖1為實驗設(shè)計的各成分合金鑄態(tài)及熱處理態(tài)的拉伸性能測試結(jié)果.如圖1(a)所示，Ce含量不變時：鑄態(tài)下，合金的抗拉強(qiáng)度隨Cu含量的增加而提高.添加4.0% Cu元素的合金其鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度比不含Cu時提高了30%左右.Cu元素對合金鑄態(tài)的伸長率影響較小.熱處理后，Al7Si0.35Mg合金的抗拉強(qiáng)度為 250.8 MPa，伸長率為5.1% [9].Cu添加量在3.4%～3.8%時，合金抗拉強(qiáng)度都超過370 MPa，比Al7Si0.35Mg合金的抗拉強(qiáng)度提高50%以上.Cu添加量超過3.8%后，合金的抗拉強(qiáng)度開始下降.添加3.8%以上Cu時，合金的伸長率比Cu含量為3.4%的合金伸長率降低了27%.

　　Cu含量一定時，Ce對合金鑄態(tài)和熱處理態(tài)的抗拉強(qiáng)度影響較小，見圖1(b).在本實驗研究范圍內(nèi)，鑄態(tài)合金的伸長率隨Ce含量的增加而提高.添加0.45%Ce后，合金的伸長率比未變質(zhì)合金的伸長率提高了47%.熱處理后，添加 0.15% Ce變質(zhì)的合金伸長率從4.2%增加到7.4%，提高了76%.當(dāng)Ce含量超過0.15%后，熱處理態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度和伸長率隨Ce含量的增加而下降.

　　2.2顯微組織觀察與分析

　　2.2.1Cu元素對合金鑄態(tài)及熱處理態(tài)顯微組織的影響

　　圖2(a)～(d)為不同Cu含量合金鑄態(tài)背散射掃描電子照片.由于原子序數(shù)不同，Cu元素在照片中呈現(xiàn)亮白色.表2為圖2(d)中各點的EDS分析，結(jié)合圖2和表2可知，掃描照片中大片深灰色的基底為α(Al)基體，Si在α(Al)基體中溶解度很小.淺灰色的是共晶硅相，Cu含量的變化對共晶硅的形貌沒有很大影響.圖2(d)中C，D點處亮白色方塊狀及近似球狀的相成分較其他點的Cu含量高，與Al元素的原子百分比約為1∶2.據(jù)文獻(xiàn)\ [6，10\]，該相應(yīng)為Al2Cu (θ相). 研究表明，在AlSi系合金中加銅，不形成任何三元化合物.平衡凝固時，Cu在α(Al)基體中的溶解度小，主要以θ(Al2Cu)相的形式存在 [11-12].Al2Cu相在凝固過程中的析出主要有兩種方式，一是直接析出塊狀的相，二是在525 ℃的共晶反應(yīng)中析出：L→A1+Al2Cu +Si [13].從圖2(a)～(d)可以看出，鑄態(tài)合金中，Al2Cu相主要在樹枝晶的晶界處析出.隨著Cu含量的增加，Al2Cu相的含量也不斷增加.E點亮白色針狀相為富Ce多元相.圖2(d)中，方塊狀的Al2Cu相內(nèi)有許多細(xì)小的針狀富Ce相生成. 　　[2]PENG Jihua， TANG Xiaolong， HE Jianting， et al. Effect of heat treatment on microstructure and tensile properties of A356 alloys[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China， 2011， 21(9)： 1950-1956.

　　[3]洪潤洲， 周永江， 姚惟斌. 時效工藝對ZL101A合金性能的影響[J]. 材料工程， 2004(10)： 39-41.

　　HONG Runzhou， ZHOU Yongjiang， YAO Weibin. Effect of aging process on mechanical properties of ZL101A alloy[J]. Journal of Materials Engineering， 2004(10)： 39- 41. (In Chinese)

　　[4]DIVANDARI M， VAHID GOLPAYEGANI A R. Study of Al/Cu rich phases formed in A356 alloy by inserting Cu wire in pattern in LFC process[J]. Materials and Design， 2009， 30(8)： 3279-3285.

　　[5]ZEREN M. Effect of copper and silicon content on mechanical properties in AlCuSiMg alloys[J]. Journal of Materials Processing Technology， 2005， 169(2)： 292-298.

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