壓鑄工藝對Al—Mg—Si—Mn合金組織及力學(xué)性能的影響

張超　沈玲峰

摘要：文章研究了壓鑄工藝對Al-Mg-Si-Mn合金組織及力學(xué)性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：相同壓鑄力，隨溫度升高，材料硬度值增加，抗拉強(qiáng)度和伸長率不存在變化規(guī)律。相同壓鑄溫度，隨著壓鑄力增加，硬度值無明顯變化。當(dāng)壓鑄溫度750℃、壓鑄140MPa時(shí)，硬度值最大為96.2HV。壓鑄溫度700℃、壓鑄力100MPa時(shí)，鑄件外觀成型性良好。

關(guān)鍵詞：Al-Mg-Si-Mn合金；壓鑄工藝；力學(xué)性能；顯微組織；壓鑄力 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG249 文章編號：1009-2374（2015）30-0071-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.037

目前，改進(jìn)新的壓射工藝、改善合金的組織、精確控制壓射工藝參數(shù)，成為發(fā)展高性能鋁合金研究的重要方向。因此，本文對Al-Mg-Si-Mn合金的壓鑄工藝進(jìn)行了研究，以期為材料的實(shí)際應(yīng)用起指導(dǎo)作用。

1 試驗(yàn)過程

合金的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為6.98Mg、2.01Si、0.001Ti、0.55Mn、0.001Cu、0.17Fe、0.001Zn、Al余量。合金采用YFF型坩堝熔煉爐熔煉，用YYC180B型臥室冷室壓鑄機(jī)進(jìn)行壓鑄，壓鑄工藝：（1）溫度650℃，壓鑄力60MPa、100MPa、140MPa；（2）溫度700℃，壓鑄力60MPa、100MPa、140MPa；（3）溫度750℃，壓鑄力60MPa、100MPa、140MPa。采用UTM5205X型電子萬能試驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，在蔡司顯微鏡、JSM-6510LA掃描電鏡下對試樣顯微形貌及斷口進(jìn)行觀察。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

壓鑄溫度為650℃時(shí)，隨著壓鑄力增加，抗拉強(qiáng)度提高50%，伸長率下降23%；溫度為700℃時(shí)，隨著壓鑄力增加，抗拉強(qiáng)度先提高5%，后降低21%，伸長率先提高14%，后下降67.5%；溫度750℃時(shí)，隨著壓鑄力增加，抗拉強(qiáng)度提高80%，斷后伸長率提高72%。

在同一壓鑄力下，隨著溫度升高，硬度值增加。在溫度750℃、壓鑄力140MPa時(shí)，硬度值最大，為96.2HV。說明在一定的范圍內(nèi)，隨著溫度升高和壓鑄力增大，合金硬度值增大。

XRD分析該合金主要的相組成物為α（Al）和Mg2Si，α（Al）為基體組織，Mg2Si為強(qiáng)化相。

壓鑄溫度650℃，從不同壓鑄力下合金的鑄態(tài)組織可以看出，α（Al）晶粒比較大，并且還有很多粗大的Mg2Si，通常會使合金變脆，所以抗拉性能最差。隨壓鑄力增加，α（Al）和Mg2Si晶粒有明顯細(xì)化，不過Mg2Si分布比較密集，當(dāng)Mg2Si分布較稀疏時(shí)，試樣抗拉強(qiáng)度最高，但α（Al）晶粒稍大，所以伸長率和硬度較低。

壓鑄溫度700℃，從不同壓鑄力下合金的鑄態(tài)組織可以看出，100MPa的試樣較60MPa試樣中Mg2Si分布稀疏，抗拉強(qiáng)度和伸長率較大，140MPa的試樣很明顯，晶粒比較粗大，力學(xué)性能最差。

壓鑄溫度750℃，從不同壓鑄力下合金的鑄態(tài)組織可以看出，60MPa試樣中Mg2Si的含量較少，合金抗拉強(qiáng)度很低，140MPa下試樣的力學(xué)性能最好。

通過對比發(fā)現(xiàn)，60MPa下、壓鑄溫度為700℃時(shí)合金性能最好；100MPa下、700℃壓鑄溫度下試樣性能最佳；140MPa下、700℃試樣中α（Al）晶粒粗大，750℃試樣中Mg2Si分散性較好，基體組織細(xì)小，所以750℃的試樣性能最好。

觀察斷口SEM圖可以看出，試樣存在氣孔，氣孔產(chǎn)生原因：一些熔煉工具沒有清潔完全，壓鑄的時(shí)間可能過長等。縮松和縮孔產(chǎn)生的原因：合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值大于固態(tài)收縮值。這些缺陷通常都會對合金造成負(fù)面影響，降低合金的室溫力學(xué)性能。

試樣宏觀斷口可以看出斷裂處均未發(fā)生明顯的頸縮現(xiàn)象，可判斷為脆性斷裂。

第一組壓鑄溫度為650℃，隨著壓鑄力（60MPa、100MPa、140MPa）增加，很明顯撕裂棱線條逐漸變得細(xì)小，而且韌窩數(shù)量增加，合金的室溫抗拉強(qiáng)度有顯著提高。

第二組壓鑄溫度為700℃，隨著壓鑄力（60MPa、100MPa、140MPa）增加，合金試樣拉伸斷口形貌有所變化，韌窩數(shù)量明顯增多，韌窩直徑變小且深度較大，準(zhǔn)解離面變得細(xì)小，在斷口的韌窩底部存在引起裂紋源的夾雜物或第二相粒子，這說明斷口韌性斷裂比例明顯增大，試樣斷口由韌窩特征向混合斷口轉(zhuǎn)化。

第三組壓鑄溫度為750℃，隨著壓鑄力（60MPa、100MPa、140MPa）增加。掃描電鏡圖中存在的放大的縮松或縮孔。呈典型的準(zhǔn)解離斷口與沿晶韌窩斷口混合的復(fù)雜斷口，表面有大量的短而彎曲的撕裂棱，并且晶界上還有大量小韌窩。

合金的拉伸斷口都是以準(zhǔn)解離斷裂為主的脆性斷裂，準(zhǔn)解離是介于解離斷裂和韌窩斷裂之間的一種過渡斷裂的形式。準(zhǔn)解離裂紋源是在晶粒內(nèi)部的空洞、夾雜物、硬質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)還存在著局部的沿晶斷裂，表現(xiàn)為細(xì)小撕裂棱及韌窩的混合斷裂特征。

在掃描電鏡下看到一連串白色顆粒狀的物質(zhì)，在圖中發(fā)現(xiàn)有氧和碳，說明這些是氧化物夾雜。基體中夾雜物影響鋁鎂合金試樣斷裂的過程可以這樣描述：當(dāng)試樣受到拉伸力時(shí)，裂紋前緣的地方產(chǎn)生嚴(yán)重的集中應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力開始超過屈服強(qiáng)度時(shí)，裂紋尖端附近首先發(fā)生了塑性變形，形成一個(gè)塑性區(qū)，導(dǎo)致應(yīng)力松弛，裂紋尖端鈍化。隨著塑性區(qū)的擴(kuò)大，裂紋前端的夾雜物進(jìn)入塑性區(qū)。由于夾雜物與基體間的結(jié)合力相對比較弱，然而在拉伸應(yīng)力的作用下，夾雜物與基體分離，形成最初的微孔。繼續(xù)增大載荷，裂紋尖端與微孔之間的內(nèi)頸縮加劇，使裂紋尖端和微孔迅速聚合，裂紋開始向前擴(kuò)展。因此，夾雜物有利于初始微孔的形成，并且對裂紋的擴(kuò)展有較大影響。

3 結(jié)語

本文主要研究了壓鑄溫度和壓鑄力對鋁鎂合金組織與性能的影響。基于不同的壓鑄溫度和壓鑄力對組織產(chǎn)生的不同效果，采用顯微鏡、硬度計(jì)、電子萬能試驗(yàn)機(jī)、掃描電鏡以及XRD衍射儀對其組織、硬度和抗拉強(qiáng)度、相組成物進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：（1）在壓鑄溫度為650℃時(shí)，隨著壓鑄力的增大，合金的組織中α（Al）晶粒變得細(xì)小，同時(shí)Mg2Si的分布也變的較為稀疏；在700℃時(shí)，隨著壓鑄力增大，α（Al）晶粒先變得較細(xì)，而后又變得粗大，Mg2Si沒有明顯的變化；在750℃時(shí)，隨著壓鑄力增大，α（Al）晶粒變化不大，Mg2Si的分布逐漸變得稀疏；（2）鋁鎂合金的硬度在同一壓鑄力下，隨著壓鑄溫度的升高，硬度值增加。而在同一壓鑄溫度下，隨著壓鑄力的增加，硬度值變化沒有規(guī)律。在壓鑄溫度為750℃和壓鑄力為140MPa時(shí)，硬度值最大為96.2HV；（3）壓鑄溫度為700℃、壓鑄力為100MPa時(shí)，試樣的抗拉強(qiáng)度和伸長率最好。抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率分別為266MPa、197MPa和4%。在同一壓鑄力下，隨著溫度的升高，抗拉強(qiáng)度和伸長率不呈線性變化。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張金山.金屬液態(tài)成型原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

作者簡介：張超（1986-），男，江蘇人，江蘇科技大學(xué)（張家港校區(qū)）冶金與材料工程學(xué)院講師，研究生，研究方向：銅及銅合金；沈玲峰（1978-），男，江蘇人，張家港市宏基鋁業(yè)有限公司工程師，研究方向：高強(qiáng)鋁合金。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）endprint