Al-Ti-C-B晶種合金對(duì)Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金組織及力學(xué)性能的影響

阿曼尼沙·艾海提，吳永杰，李文博，孟凡超，武玉英，劉相法

精密鑄造

Al-Ti-C-B晶種合金對(duì)Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金組織及力學(xué)性能的影響

阿曼尼沙·艾海提1，吳永杰1，李文博1，孟凡超2，武玉英1，劉相法1

（1. 山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，濟(jì)南 250061； 2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱150001）

以近共晶Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金為研究對(duì)象，對(duì)加入了Al-Ti-C-B晶種合金的Al-12Si-4Cu- 2Ni-1Mg合金的微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行分析。利用金相顯微鏡、掃描電鏡、數(shù)顯布氏硬度計(jì)和萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)等研究Al-Ti-C-B晶種合金對(duì)該合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。利用Al-Ti-C-B晶種合金中的陶瓷顆粒對(duì)Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金進(jìn)行強(qiáng)化，同時(shí)晶種合金中的粒子作為Al-Si多元合金中α-Al的有效形核襯底，可細(xì)化α-Al晶粒，并改善Al-Si多元合金中化合物的分布。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的Al-Ti-C-B晶種合金后，Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中的α-Al得到細(xì)化，合金中的Si相和耐熱相粒子分布更加均勻，同時(shí)力學(xué)性能明顯提高，高溫抗拉強(qiáng)度和室溫抗拉強(qiáng)度分別提高了約12.1%和5.3%。適量添加Al-Ti-C-B晶種合金可有效改善Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中耐熱相的分布，使耐熱相分布更為均勻，可進(jìn)一步提高合金的力學(xué)性能。

Al-Si合金；晶種合金；顯微組織；力學(xué)性能

鋁是地殼中含量最豐富的金屬資源，鋁及其合金因其熔點(diǎn)及比強(qiáng)度等方面的優(yōu)越性，已成為金屬材料中使用量位居第二的材料。Al-Si合金具有優(yōu)異的流動(dòng)性、較低的熱膨脹系數(shù)、優(yōu)良的導(dǎo)熱性、較高的耐磨性、良好的耐腐蝕性、不易產(chǎn)生縮松和熱裂傾向小等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、機(jī)械和航空航天等行業(yè)[1-6]。近共晶鋁硅合金具有良好的耐磨性、耐蝕性和較低的熱膨脹系數(shù)，因而廣泛應(yīng)用為汽車(chē)活塞合金。Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中各相的尺寸和形貌，尤其是α-Al、硅相和耐熱相是影響合金力學(xué)性能的重要因素，因此對(duì)α-Al進(jìn)行細(xì)化，同時(shí)對(duì)共晶硅進(jìn)行變質(zhì)處理是提高Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金各項(xiàng)性能指標(biāo)的有效途徑[7-9]，而向熔體中添加晶種合金進(jìn)行晶粒細(xì)化是較簡(jiǎn)便的方法[10]。硼、碳等非金屬元素和鈧、鈦、釩、鎬等過(guò)渡元素對(duì)α-Al都有優(yōu)異的細(xì)化效果[11-13]。目前應(yīng)用較廣泛的Al-Ti-B中間合金和Al-Ti-C中間合金在使用過(guò)程中出現(xiàn)團(tuán)聚和“中毒”等一系列問(wèn)題[14-16]。田長(zhǎng)文[17]、王恩兆等[18]研究了Al-Ti-C-B晶種合金細(xì)化效果，該晶種合金對(duì)鋁合金細(xì)化效果有明顯優(yōu)勢(shì)，田帥等[19]研究了Al-Ti-C-B晶種合金對(duì)Al-Mg合金顯微組織和力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的Al-Ti-C-B晶種合金后，Al-Mg合金的強(qiáng)度由192 MPa提高至216 MPa，提高了12.5%。趙凱等[20]在7050合金中加入Al-Ti-C-B晶種合金，系統(tǒng)研究了其添加量對(duì)鑄件顯微組織、擠壓行為和力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的Al-Ti-C-B晶種合金能高效地細(xì)化晶粒、改善組織、析出性能和力學(xué)性能。

文中以近共晶Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金為研究對(duì)象，加入Al-5P進(jìn)行變質(zhì)，同時(shí)加入Al-Ti-C-B晶種合金，研究Al-Ti-C-B晶種合金對(duì)鑄造Al-12Si- 4Cu-2Ni-1Mg合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。基于Al-Ti-C-B晶種合金中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的Si、4%的Cu、2%的Ni和1%的Mg，得到新的復(fù)合材料，研究Al-Ti-C-B晶種合金較高添加量對(duì)鑄造Al-12Si- 4Cu-2Ni-1Mg合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

試驗(yàn)用原材料為工業(yè)純鋁（99.7%）、工業(yè)純硅（99.7%）、電解銅（99.7%）、電解鎳（99.7%）、工業(yè)純鎂（99.7%），按照表1合金的名義成分配制Al- 12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金。文中用Al-5P中間合金、Al-Ti-C-B晶種合金Al-Ti-C-B、C2Cl6除氣除渣劑等對(duì)合金進(jìn)行變質(zhì)、強(qiáng)化和精煉處理。

表1 Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

1.2 試驗(yàn)合金的制備

試驗(yàn)合金的制備是利用石墨黏土坩堝將工業(yè)純鋁、工業(yè)純硅、工業(yè)純銅和電解鎳在25 kW的中頻爐中熔煉，然后加入Al-Ti-C-B晶種合金，最后用鋁箔包裹工業(yè)純鎂后壓入金屬熔體內(nèi)熔煉，熔煉完成后將熔體轉(zhuǎn)移至5 kW的井式電阻爐中保溫，溫度升至750 ℃時(shí)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%的C2Cl6對(duì)試驗(yàn)熔體進(jìn)行除氣扒渣，靜置保溫15 min，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%的Al-5P進(jìn)行變質(zhì)處理，再次靜置保溫15 min后，除去表面浮渣，澆注到提前預(yù)熱至200 ℃的模具中獲得試驗(yàn)合金的原始鑄件。

1.3 試驗(yàn)合金的組織及性能測(cè)試

用LEICA DM2700M式光學(xué)顯微鏡觀察合金的微觀組織并進(jìn)行采集，采用SM-6610LV掃描電鏡及其配備的能譜儀對(duì)合金試樣的顯微組織形貌和相成分進(jìn)行分析。

文中拉伸試樣按照GB/T 228—2002的加工要求進(jìn)行加工，如圖1所示，將鑄坯加工成中心部分為10 mm×50 mm和5 mm×25 mm的狗骨狀標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒。進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試之前，對(duì)材料進(jìn)行T6熱處理，熱處理工藝為：520 ℃固溶2 h，水淬；180 ℃時(shí)效8 h，空冷。

采用數(shù)顯布氏硬度計(jì)（HBW-3000）測(cè)試合金硬度，測(cè)試尺寸為20 mm×10 mm，試驗(yàn)載荷選擇250 kg，壓頭直徑為5 mm，保荷時(shí)間為10 s，4次測(cè)量的平均值作為試樣的硬度值。在WDW-100D微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸速度為2.0 mm/min。為保證拉伸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每個(gè)合金至少測(cè)試3組數(shù)據(jù)，圖1a中5 mm×25 mm的拉伸試棒用于室溫拉伸試驗(yàn)；將圖1b中10 mm×50 mm的拉伸試棒，在350 ℃下保溫35 min后，進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)。

圖1 拉伸試棒示意

2 結(jié)果與討論

2.1 Al-Ti-C-B晶種合金的微觀組織分析

文中所使用的Al-Ti-C-B晶種合金的SEM顯微組織照片如圖2所示，由圖2a和2b可知，在α-Al基體上除了片狀TiAl3相外，還分布著許多微米及亞微米級(jí)的TiB2粒子及粒子簇，有一定的聚集傾向。由圖2d可知，該顆粒由Al，Ti，B這3種元素組成，為T(mén)iB2相[21-22]。當(dāng)Al-Ti-C-B加入到合金熔體中，TiB2粒子可以作為α-Al的形核核心，促進(jìn)合金的細(xì)化[23]。

2.2 試驗(yàn)合金的微觀組織分析

對(duì)添加不同含量Al-Ti-C-B晶種合金的4種合金進(jìn)行組織分析，如圖3所示。其中圖3a為Al-12Si-4Cu- 2Ni-1Mg合金（A1）的微觀組織，圖3b為加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的Al-Ti-C-B晶種合金后Al-12Si-4Cu- 2Ni-1Mg合金（A2）的微觀組織，A1合金中的α-Al相枝晶較為發(fā)達(dá)，初晶Si為小塊狀，分布沒(méi)有規(guī)律，耐熱相有團(tuán)聚現(xiàn)象。與A1合金相比，A2合金中的共晶硅和耐熱相尺寸明顯減小，耐熱相分布更加均勻。圖3c為加入較高含量Al-Ti-C-B晶種合金后Al-12Si- 4Cu-2Ni-1Mg合金（A3）的微觀組織，圖3d為加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的Cu、2%的Ni和1%的Mg的Al-Ti- C-B合金（A4）的微觀組織。兩者對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，圖3d中初晶硅的尺寸和α-Al的尺寸明顯偏大，大多呈大塊狀且有明顯的偏聚現(xiàn)象，耐熱相的偏聚也較明顯，甚至偏聚程度比Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金更加嚴(yán)重。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的Al-Ti-C-B晶種合金的A2合金，α-Al相和Si形貌不僅細(xì)化效果明顯，同時(shí)Si相和耐熱相在α-Al基體上的分布更加均勻、彌散。因此適量的Al-Ti-C-B晶種合金對(duì)近共晶Al-12Si- 4Cu-2Ni-1Mg合金的組織有明顯的改善作用。

利用SEM對(duì)加入Al-Ti-C-B晶種合金的Al-12Si- 4Cu-2Ni-1Mg合金組織進(jìn)行分析，如圖4所示。經(jīng)EDS分析可知，圖4a中主要有長(zhǎng)片狀的Al3CuNi和團(tuán)絮狀的Al5Cu2Mg8Si6；圖4b所對(duì)應(yīng)A2試樣析出的化合物主要有Mg2Si和Al3CuNi；圖4b和圖4d中亮白色魚(yú)骨狀及網(wǎng)狀組織為Al7Cu4Ni，還有大塊狀的Al3CuNi和灰色的Al5Cu2Mg8Si6組織析出[24]，同時(shí)有大量的TiB2粒子偏聚析出，A3和A4合金中的增強(qiáng)顆粒更易發(fā)生嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，且喪失了Al-Ti-C-B晶種合金對(duì)合金中組織分布的調(diào)控作用，影響了組織分布的均勻性。由SEM微觀組織分析可知，圖4a、圖4c和圖4d對(duì)應(yīng)合金中的耐熱相尺寸明顯大于圖4b，且化合物分布不均，加入適量Al-Ti-C-B晶種合金可促進(jìn)α-Al的有效形核，改善了Si相和耐熱相在基體上的形貌和分布。

圖2 Al-Ti-C-B晶種合金微觀組織

圖3 添加不同Al-Ti-C-B晶種合金后Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的微觀組織

圖4 添加不同Al-Ti-C-B晶種合金后Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的SEM組織

2.3 力學(xué)性能分析

圖5為加入不同量的Al-Ti-C-B晶種合金后Al- 12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的力學(xué)性能分析。由圖3和圖4的組織分析可知，A4合金中α-Al相和初晶Si明顯發(fā)生粗化，且組織偏聚現(xiàn)象嚴(yán)重，使其力學(xué)性能降低，因此文中研究了除了A4之外的A1，A2，A3合金的力學(xué)性能，如圖5所示。加入Al-Ti-C-B晶種合金的Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的室溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度和硬度相比未加的都有一定程度的提高。未加晶種合金的Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的高溫抗拉強(qiáng)度是91 MPa，室溫抗拉強(qiáng)度為380 MPa，硬度為147.9HBW，Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的Al-Ti-C-B后，其高溫抗拉強(qiáng)度提高至102 MPa，室溫抗拉強(qiáng)度提高至400 MPa，硬度提升至149.7HBW，相比A1合金，進(jìn)行細(xì)化處理后的A2合金的高溫抗拉強(qiáng)度、室溫抗拉強(qiáng)度和硬度分別提高了12.1%，5.3%，1.2%。A3合金的高溫抗拉強(qiáng)度、室溫抗拉強(qiáng)度及硬度分別為96 MPa，340 MPa，147.2HBW。合金力學(xué)性能的變化與合金顯微組織密切相關(guān)[25]，增加晶種合金的添加量并沒(méi)有發(fā)揮細(xì)化劑的有效形核作用，反而導(dǎo)致其力學(xué)性能相對(duì)下降，對(duì)于合金微觀組織的研究表明，組織的不均勻性會(huì)導(dǎo)致合金力學(xué)性能下降[26]，Si相會(huì)割裂α-Al基體[27]，進(jìn)而影響材料性能，因此通過(guò)Al-Ti-C-B晶種合金調(diào)控Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的組織對(duì)提高合金的力學(xué)性能有重要的作用。

圖6和圖7分別為3種試樣在高溫和室溫下的拉伸斷口形貌。由圖6a和圖7a試樣斷口形貌可以看出，斷口平整，斷面上無(wú)太多撕裂棱與韌窩，明顯為脆性斷裂。圖6c、圖7c為A3合金的斷口形貌，圖6d和圖7d為其局部放大，試樣斷口表面有大量聚集的粒子團(tuán)暴露在試樣斷口面上，表明加入的Al-Ti-C-B含量較高時(shí)，粒子偏聚非常嚴(yán)重，在拉伸過(guò)程中此處為材料的薄弱處，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生與迅速擴(kuò)展，使其強(qiáng)度明顯降低。結(jié)合圖3c和圖4c的試樣微觀組織分析，A3合金試樣的耐熱相偏聚較大，為拉伸過(guò)程中的裂紋擴(kuò)展提供了優(yōu)先路徑，圖6b和圖7b中增強(qiáng)相粒子分布比較彌散，結(jié)合其微觀組織分析，硅相與金屬間化合物分布比較均勻，可有效阻礙裂紋的擴(kuò)展，提高合金的力學(xué)性能。

圖5 加入不同Al-Ti-C-B后Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的力學(xué)性能

圖6 3種合金高溫拉伸試樣的斷口形貌

圖7 3種合金室溫拉伸試樣的斷口形貌

3 結(jié)語(yǔ)

1）加入Al-Ti-C-B晶種合金可有效改善Al-12Si- 4Cu-2Ni-1Mg合金中耐熱相的分布，使耐熱相分布更為均勻。

2）適量添加Al-Ti-C-B晶種合金，可進(jìn)一步提高Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的力學(xué)性能，當(dāng)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的Al-Ti-C-B晶種合金時(shí)，其高溫強(qiáng)度由91 MPa提高至102 MPa，室溫強(qiáng)度由380 MPa提升至400 MPa，分別提高了12.1%和5.3%。

[1] WU Xiao-lei, YANG Mu-xin, YUAN Fu-ping, et al. Heterogeneous Lamella Structure Unites Ultrafine- Grain Strength with Coarse-Grain Ductility[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2015, 112(47): 14501-14505.

[2] 王鈺, 周旭, 李秀蘭. 鑄造鋁合金的強(qiáng)韌化研究進(jìn)展[J]. 輕金屬, 2018, 10: 54-58.

WANG Yu, ZHOU Xu, LI Xiu-lan. Research Progress on Strengthening-Toughening of Cast Aluminum Alloy[J]. Light Metals, 2018, 10: 54-58.

[3] 隋育棟, 王渠東. 鑄造耐熱鋁合金在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用研究與發(fā)展[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2015, 29(3): 14-19.

SUI Yu-dong, WANG Qu-dong. Application Research and Development of Cast Heat Resistant Aluminum Alloy in Engine[J]. Materials Review, 2015, 29(3): 14-19.

[4] HAN Li-na, SUI Yu-dong, WANG Qu-dong, et al. Effects of Nd on Microstructure and Mechanical Properties of Cast Al-Si-Cu-Ni-Mg Piston Alloys[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2017(695): 1566-1572.

[5] 武玉英, 孫謙謙, 劉桂亮, 等. Al-P系晶種合金的研究與應(yīng)用[J]. 精密成形工程, 2019, 9(5): 57-62.

WU Yu-ying, SUN Qian-qian, LIU Gui-liang, et al. Study and Application of Al-P Series Seed Crystal Alloys[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2019, 9(5): 57-62.

[6] 尹斌, 曹富榮, 王順成, 等. 稀土元素對(duì)連續(xù)鑄擠Al-Mg-Si合金組織性能的影響[J]. 精密成形工程, 2017, 9(6): 130-136.

YIN Bin, CAO Fu-rong, WANG Shun-cheng, et al. Effect of Rare Earths on Microstructure and Properties of Al-Mg-Si Alloy Processed by Continuous Casting- Extrusion[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2017, 9(6): 130-136.

[7] 鄭道友, 何建, 李勇, 等. Ti添加量對(duì)Al-12Si- 4Cu-0.5Mg合金組織與強(qiáng)度性能的影響[J]. 熱加工工藝, 2015, 44(1): 30-35.

ZHENG Dao-you, HE Jian, LI Yong, et al. The Effect of Ti Addition on the Microstructure and Strength Properties of Al-12Si-4Cu-0.5Mg Alloy[J]. Hot Working Technology, 2015, 44(1): 30-35.

[8] 隋玉棟. Al-Si-Cu-Ni-Mg系鑄造耐熱鋁合金組織及其高溫性能研究[D]. 上海: 上海交通大學(xué), 2016: 39-76.

SUI Yu-dong. Study on Microstructure and High Temperature Properties of Al-Si-Cu-Ni-Mg Cast Heat-Resistant Aluminum Alloy[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2016: 39-76.

[9] YANG Yang, LI Yun-guo, WU Wu-ying, et al. Effect of Existing Form of Alloying Elements on the Microhardness of Al-Si-Cu-Ni-Mg Piston Alloy[J]. Materials Science and Engineering A, 2011(528): 5723-5728.

[10] AMIN Haghparast, MASOUD Nourimotlagh, MOHAMMAD Alipour. Effect of the Strain-Induced Melt Activation (SIMA) Process on the Tensile Properties of a New Developed Super High Strength Aluminum Alloy Modified by Al-5Ti-1B Grain Refiner[J]. Materials Characterization, 2012, 5(71): 6-18.

[11] EASTON M A, QIAN M, PRASAD A, et al. Recent Advances in Grain Refinement of Light Metals and Alloys[J]. Current Opinion in State and Materials Science, 2016, 20: 13-24.

[12] WANG Tong-min, CHEN Zong-ning, FU Hong-wang, et al. Grain Refining Potency of Al-B Master Alloy on Pure Aluminum[J]. Scripta Materialia, 2011, 6(64): 1121-1124.

[13] LI Xin-wei, CAI Qi-zhou, ZHAO Bing-yi, et al. Effect of Nano TiN/Ti Refiner Addition Content on the Microstructure and Properties of As-Cast Al-Zn-Mg-Cu Alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2016, 8(675): 201-210.

[14] EBRAHIMI H S, AGHAZADEH J, DEHGHANI K, et al. The Effect of Al-5Ti-1B on the Microstructure, Hardness and Tensile Properties of a New Zn Rich Aluminium Alloy[J]. Materials Science and Engineering: A, 2015, 636(6): 421-429.

[15] QIU D, TAYLOR, ZHANG J, et al. Understanding the Co-Poisoning Effect of Zr and Ti on the Grain Refinement of Cast Aluminum Alloys[J]. Metall Mater Trans A, 2010, 9(41): 3412-3421.

[16] JIANG Kun, MA Xiao-guang, LIU Xiang-fa. The Research of Ti-Rich Zone on the Interface between TiCand Aluminum Melt and the Formation of Ti3Al in Rapid Solidified Al-Ti-C Master Alloys[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2009, 11(488): 84-88.

[17] 田長(zhǎng)文. Al-Ti-C-B中間合金對(duì)高鋁鋅基合金組織和性能的影響[J]. 山東科學(xué), 2012, 25(1): 51-55.

TIAN Chang-wen. Effect of Al-Ti-C-B Master Alloy on Microstructure and Properties of High Aluminum Zinc- Based Alloy[J]. Shandong Science, 2012, 25(1): 51-55.

[18] WANG En-zhao, GAO Tong, NIE Jin-feng, et al. Grain Refinement Limit and Mechanical Properties of 6063 Alloy Inoculated by Al-Ti-C(B) Master Alloys[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2014, 594: 7-11.

[19] 田帥, 劉桂亮, 韓夢(mèng)霞, 等. 改善Al-Mg合金流動(dòng)性及力學(xué)性能的新方法[J]. 精密成形工程, 2019, 11(1): 41-46.

TIAN Shuai, LIU Gui-liang, HAN Meng-xia, et al. A Novel Method for Improving the Fluidity and Mechanical Properties of Al-Mg Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2019, 11(1): 41-46.

[20] ZHAO Kai, GAO Tong, YANG Hua-bing, et al. Influence of a New AlTiC-B Master Alloy on the Casting and Extruding Behaviors of 7050 Alloys[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2020, 820: 153089.

[21] NIE Jin-feng, LIU Xiang-fa, MA Xiao-guang. Influence of Trace Boron on the Morphology of Titanium Carbide in an Al-Ti-C-B Master Alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2010, 491: 113-117.

[22] CHIEN F R, NUTT S R, CUMMINGS D. Defect Structures in Single Crystal TiC[J]. Philosophical Magazine, 1993, 68(2): 325-348.

[23] 聶金鳳, 劉相法, 丁海民, 等. Al-Ti-C-B中間合金細(xì)化行為研究[J]. 特種鑄造及有色合金, 2008, 28(S1): 175-177.

NIE Jin-feng, LIU Xiang-fa, DING Hai-min, et al. Study on Refining Behavior of Al-Ti-C-B Master Alloy[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2008(S1): 175- 177.

[24] 郭永春, 郭松松, 夏峰, 等. 超聲處理對(duì)Al-Si活塞合金組織和力學(xué)性能的影響[J]. 熱加工工藝, 2017, 46(7): 101-104.

GUO Yong-chun, GUO Song-song, XIA Feng, et al. Effect of Ultrasonic Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of Al-Si Piston Alloy[J]. Hot Working Technology, 2017, 46(7): 101-104.

[25] 成風(fēng), 程和法, 黃笑梅, 等. 高溫長(zhǎng)時(shí)間保溫對(duì)共晶鋁硅合金組織及力學(xué)性能的影響[J]. 特種鑄造及有色合金, 2019, 39(8): 918-921.

CHENG Feng, CHENG He-fa, HUANG Xiao-mei, et al. Effect of High Temperature and Long Time Insulation on Microstructure and Mechanical Properties of Eutectic Al-Si Alloy[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2019, 39(8): 918-921.

[26] 李潤(rùn)霞, 李榮德, 李晨曦. 熱處理對(duì)AlSiCuMg合金硅相形貌及力學(xué)性能的影響[J]. 材料工程, 2003(7): 26-30.

LI Run-xia, LI Rong-de, LI Chen-xi. Effect of Heat Treatment on Silicon Phase Morphology and Mechanical Properties of AlSiCuMg Alloy[J]. Journal of Materials Engineering, 2003(7): 26-30

[27] 張余. 近共晶Al-11.6Si-3Cu合金組織與性能研究[J]. 鑄造技術(shù), 2018(5): 1000-1003.

ZHANG Yu. Study on Microstructure and Properties of Near Eutectic Al-11.6Si-3Cu Alloy[J]. Foundry Technology, 2018(5): 1000-1003.

Effects of Al-Ti-C-B Seed Alloy on Microstructure and Mechanical Properties of Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg Alloy

AMANNISA Ahat1, WU Yong-jie1, LI Wen-bo1, MENG Fan-chao2, WU Yu-ying1, LIU Xiang-fa1

(1.School of Materials Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China; 2. School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

The work aims to take Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg alloy as object to analyze the microstructure and mechanical properties of Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg alloy added with Al-Ti-C-B seed alloy. The effects of Al-Ti-C-B seed alloy on microstructure and mechanical properties of the alloy were researched with metallographic microscope and scanning electron microscope, bushing hardness tester, universal tensile testing machine, etc. The Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg alloy wasstrengthened by ceramic particles in the Al-Ti-C-B seed alloy. Meanwhile, the particles in the seed alloy served as an effective nucleation substrate for α-Al in the Al-Si multi-component alloy, refining α-Al grains and improving the distribution of compounds in the Al-Si multi-component alloy. The results showed that after adding 0.5% Al-Ti-C-B seed alloy, α-Al in Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg alloy was refined, the distribution of Si phase and heat-resistant phase particles in the alloy was more uniform, and the mechanical properties were obviously improved. The tensile strength at high temperature and room temperature were increased by about 12.1% and 5.3% respectively. Adding proper amount of Al-Ti-C-B seed alloy can effectively improve the distribution of heat-resistant phase in Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg alloy, make the distribution of heat-resistant phase more uniform, and further improve the mechanical properties of the alloy.

Al-Si alloy; seed alloy; microstructure; mechanical properties

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.01.015

TG146.2；TG113

A

1674-6457(2022)01-0126-07

2021-05-06

山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019GGX102013）

阿曼尼沙·艾海提（1994—），女，碩士生，主要研究方向?yàn)殇X硅合金的細(xì)化機(jī)理研究及強(qiáng)韌化。

武玉英（1982—），女，博士，教授，主要研究方向?yàn)殇X合金的強(qiáng)韌化研究、特種晶種合金的制備、金屬的液固相關(guān)性等。