Sr含量對免熱處理壓鑄鋁合金組織與性能的影響

2025-07-04 00:00:00王登峰李芹鵬梁劍忠劉兵陳學文

汽車工藝與材料 2025年6期

關鍵詞：質量

中圖分類號：TG146.2 文獻標志碼：B DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20240316

Effect of Sr Content on Microstructure and Properties of Heat-Free Treatment Die-Casting Aluminum Alloys

Wang Dengfeng'，Li Qinpeng'，Liang Jianzhong2，Liu Bing2，Chen Xuewen3 （1.GuangdongXiongjinPrecisionCastingTechnologyCo.Ltd.，Foshan;2.GuangdongYizhongPrecisionTechnologyCo， Ltd.，Zhaoqing ; 3.Guangdong Engineering Polytechnic，Guangzhou 510660）

Abstract：Theefectsof Srcontenton the microstructure，fluidityandmechanical propertiesof heat-free treatment die-casting aluminumallyarestudied by scanning electron microscopyand electronic tensile testing machine.The results show that with the increase of Sr content，the morphology of eutectic Si phase in die-casting aluminum alloyis refinedandmodified into fine particlesandshortbars，the length of theflowing samples of diecastingaluminumaloyliquidincreasesgraduallyandthe tensilemechanical propertiesareimprovedgradually.The optimum Srcontent is O.08% forrefiningand modification of die-casting aluminum aloy，the lengthofflowing sample is 879 mm，the tensile strength is 286.2MPa ，and the elongation is 7.9% ，the length of flowing sample，tensile strength and elongation of die-casting aluminum alloy are increased by 10.4% ， 7.8% and 16.2% ，respectively.

Keywords：Die-casting aluminumalloy，Heat-free treatment，Refiningand modification，Srcontent

1前言

壓鑄鋁合金零部件的尺寸精度高、生產效率高，可成形各種形狀復雜的零部件，因而廣泛應用于汽車、家電、電子通信、機械設備等行業。汽車是鋁合金壓鑄的最大應用市場，汽車發動機、變速器、傳動系統、轉向系統、電子控制系統等都采用大量壓鑄鋁合金零部件[2-3]。近年來，汽車整車及零部件制造企業都在積極發展一體化壓鑄技術[4]一體化壓鑄是將需要組裝的多個獨立的零件重新設計，并采用超大型壓鑄機一次壓鑄成形的工藝[5]。一體化壓鑄技術使汽車零部件的數量大幅減少，并減少了沖壓、焊接、涂膠等工序，可大幅提高汽車的生產效率，降低制造成本并實現輕量化。

一體化壓鑄車身零部件通常具有尺寸大和結構復雜的特征，因而對壓鑄鋁合金材料的要求較高，既要求其具有良好的流動性，以確保一體化壓鑄大型零部件能夠充型完整，避免產生縮孔、疏松等缺陷，還要求其在非熱處理狀態下具有優異的力學性能，以避免熱處理引起大型零部件變形，滿足車身不同部位對零部件受力與強度的要求[-9]。免熱處理壓鑄鋁合金的流動性和力學性能與共晶Si相的形態密切相關，對共晶Si進行細化變質處理是提高免熱處理壓鑄鋁合金流動性和力學性能的重要途徑，因此，針對Sr含量對免熱處理壓鑄鋁合金顯微組織、流動性與力學性能的影響進行研究。

2 試驗材料與方法

試驗材料為免熱處理壓鑄鋁合金，經InnovateT5直讀光譜儀測定，壓鑄鋁合金各成分的質量分數為：Si 10.14% 、Cu 0.62% 、 Mg 0.39% ！Mn 0.31% Fe 0.17% ，余量為AI和其他雜質元素。將壓鑄鋁合金放入箱式電阻坩蝸爐內，在 720°C 加熱熔化成鋁合金液，用純度 99.99% 的氬氣和占鋁合金液質量 0.3% 的精煉劑對鋁合金液噴吹精煉 10min ，噴吹精煉完成后進行扒渣，然后在鋁合金液中分別加人質量分數分別為 0.1%.0.2% 、0.3%.0.4% 和 0.5% 的AISr20合金進行細化變質處理，對應壓鑄鋁合金中 Sr 元素的質量分數分別為0.02%?0.04%?0.06%?0.08%?0.10% ，攪拌后保溫10min ，然后取鋁合金液分別澆注到 250°C 的螺旋形流動性金屬模具內和圓柱形試樣金屬模具內，冷卻凝固后測量流動性試樣的長度來表征壓鑄鋁合金液的流動性。在流動性試樣上取樣，經磨制、拋光和腐蝕后，在 SEM5000Pro 場發射掃描電鏡上觀察共晶Si相的形態。將圓柱形試樣加工成如圖1所示的拉伸試樣，在WSM-20型電子萬能拉伸試驗機上以 2mm/min 的速率進行室溫拉伸，檢測壓鑄鋁合金試樣的抗拉強度和斷后伸長率。

3 試驗結果與分析

3.1 對顯微組織的影響

如圖2所示為添加不同含量Sr后壓鑄鋁合金中共晶Si相的掃描電鏡圖。未添加Sr元素時，壓鑄鋁合金中共晶Si相呈粗大的條狀和塊狀。在壓鑄鋁合金液冷卻凝固過程中，粗大的塊狀和條狀共晶Si相會阻礙共晶液相的流動補縮，容易造成大型復雜壓鑄件充型不完整，產生縮孔、疏松等缺陷，同時，會割裂鋁基體，造成壓鑄鋁合金內部產生局部應力集中，成為壓鑄鋁合金斷裂的裂紋源和裂紋擴展方向，從而降低壓鑄鋁合金的強度和塑性[]。添加Sr元素后，在壓鑄鋁合金液冷卻凝固過程中，Sr原子會優先在共晶Si相的生長前沿沉積，阻礙共晶Si相的生長，從而起到細化變質共晶Si相的作用[]。添加質量分數 0.04% 的Sr元素時，壓鑄鋁合金中共晶Si相的形態已從粗大的條狀和塊狀轉變成顆粒狀。添加質量分數0.08% 的Sr元素時，共晶Si相的形態已完全轉變成細小的顆粒狀和短棒狀。繼續增加Sr元素的添加量到質量分數 0.10% 時，共晶Si相的形態仍然保持細小的顆粒狀和短棒狀，說明繼續增加Sr元素的添加量，對細化變質共晶Si相沒有益處，壓鑄鋁合金細化變質共晶Si相的最佳 Sr 含量為質量分數 0.08%_o 時，共晶Si相呈粗大的條狀和塊狀，會阻礙共晶液相的流動，降低壓鑄鋁合金液的流動性，此時壓鑄鋁合金流動性試樣較短，試樣長度為 796mm 。添加Sr元素后，共晶Si相得到細化變質，有利于增加壓鑄鋁合金液的流動性。從圖3和圖4可看到，隨著Sr的質量分數從 0.02% 逐漸增加到 0.08% ，壓鑄鋁合金流動性試樣的長度逐漸增大。當添加0.08% 的 Sr 元素時，共晶Si相被細化成細小顆粒狀和短棒狀，壓鑄鋁合金液的流動性得到明顯改善，流動性試樣長度為 879mm ，與未添加Sr元素的壓鑄鋁合金相比，試樣的長度增加 10.4% 。繼續增加Sr 質量分數到 0.10% ，壓鑄鋁合金流動性試樣的長度未見明顯變化。

3.2 對流動性的影響

如圖3所示為壓鑄鋁合金流動性試樣的形貌圖，流動性試樣的長度隨Sr含量的變化曲線如圖4所示。隨著壓鑄鋁合金液的冷卻，首先凝固析出 ∝ -Al晶粒，最后是共晶液相凝固。未添加Sr元素長率隨Sr質量分數增加的變化曲線。未添加 Sr 元素時，由于壓鑄鋁合金中共晶Si相呈粗大的條狀和塊狀，會割裂鋁基體，造成壓鑄鋁合金內部產生局部應力集中，成為壓鑄鋁合金斷裂的裂紋源和裂紋擴展方向，導致壓鑄鋁合金的強度較低、塑性較差，此時壓鑄鋁合金的抗拉強度為 265.4MPa 斷后伸長率 6.8% 。添加Sr元素對共晶Si相進行細化變質處理，使共晶Si相的形態從粗大的條狀和塊狀轉變為細小的顆粒狀和短棒狀，不僅有利于減小共晶Si相在壓鑄鋁合金中造成應力集中，還能通過彌散強化作用提高壓鑄鋁合金的強度。由圖5可以看出，隨著 Sr 元素質量分數從 0.02% 逐漸增加到 0.08% ，壓鑄鋁合金的抗拉強度和斷后伸長率逐漸升高。繼續增加Sr元素的添加量至質量分數 0.10% ，壓鑄鋁合金的抗拉強度和斷后伸長率不再升高。當Sr元素的質量分數為 0.08% 時，壓鑄鋁合金的抗拉強度提高到 286.2MPa ，斷后伸長率提高到 7.9% ，與未添加Sr元素的壓鑄鋁合金相比，抗拉強度和斷后伸長率分別提高了 7.8% 和 16.2% 。