摘要：鋁硅合金具有耐磨性好、耐蝕性好、體積穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，成為發(fā)動(dòng)機(jī)活塞類(lèi)零件更新?lián)Q代的材料。因?yàn)榛钊L(zhǎng)期在高溫的環(huán)境下工作，所以對(duì)活塞的強(qiáng)度有著非常高的要求。合金變形同熱處理相互結(jié)合，不僅能提高鋁硅合金的性能，而且可以?xún)?yōu)化共晶鋁硅合金組織，進(jìn)而提高活塞使用壽命，在鋁硅合金的應(yīng)用領(lǐng)域變得尤為重要。

關(guān)鍵詞：鋁硅合金；變形及熱處理；等軸晶；機(jī)械性能

一、鋁硅合金的基本性質(zhì)

鋁硅合金常用在工業(yè)生產(chǎn)中作為鑄造鋁合金使用。其具有良好的鑄造性、優(yōu)良的氣密性、較好的流動(dòng)性、熱裂紋傾向性小、收縮率小的特點(diǎn)。合金經(jīng)過(guò)熱處理及變質(zhì)處理后，會(huì)得到很好的力學(xué)和物理性能。其耐腐蝕性和機(jī)器可加工性能較好，因鋁硅合金為共晶系合金，有著豐富的合金類(lèi)型，在鑄造鋁合金的用途上較為廣泛。而且鋁硅合金材料還具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。

硅元素在鋁硅合金中占主導(dǎo)作用，適量的加入硅元素是有益的，但是過(guò)量的硅元素會(huì)導(dǎo)致鋁硅合金中出現(xiàn)類(lèi)似針形的共晶硅組織，其中還伴有大塊狀的初晶硅，其形狀為多角形，它對(duì)鋁硅合金產(chǎn)生很大的影響，會(huì)使其塑性和強(qiáng)度降低，機(jī)械性能下降，當(dāng)鋁硅合金中加入適量的硅后可獲得較高的組織流動(dòng)性，較低的表面收縮率，改善和減少合金的熱裂紋傾向。現(xiàn)代的工藝在保證其穩(wěn)定性的前提下，大都采用變質(zhì)處理，熱處理或精密鑄造等方法達(dá)到調(diào)節(jié)組織形態(tài)和分布的目的，進(jìn)而得到優(yōu)良的鋁硅合金組織，提到其綜合的機(jī)械加工性能。

二、鋁硅合金的組織

鋁硅合金組織包括共晶合金和過(guò)共晶合金，它們的組織上和在形態(tài)上存在差異，在顯微鏡下觀察過(guò)共晶鋁硅合金組織，大部分由針狀的硅和初晶硅共同組成，但是從比例分布來(lái)看含硅元素較比鋁元素要多，使得過(guò)鋁硅合金的熱膨脹系數(shù)變低，使合金具有良好的耐磨性。又因其含有與基體無(wú)共格界面，無(wú)塑性的初晶硅，它與基體不是很協(xié)調(diào)的存在，因此在形變過(guò)程中，受到橫向或縱向拉伸時(shí)，引起脆性相斷裂。極硬的質(zhì)點(diǎn)初晶硅鑲嵌在軟的基體上，加工時(shí)使刀具磨損嚴(yán)重，降低零部件的切削加工性能，整塊的初晶硅剝落使加工表面變得粗糙。而在顯微鏡下觀察共晶鋁硅合金組織，可以發(fā)現(xiàn)常態(tài)下的鋁硅共晶合金，其組織由粗大針狀的硅晶體和固溶體組成，因硅相為脆性相基體，被針片狀基體割裂后，合金的強(qiáng)度和塑性大幅度的降低，需要經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理后，使合金轉(zhuǎn)變成對(duì)合金性能有利的硅相形態(tài)，該種方法也可通過(guò)熱處理的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。

三、鋁硅合金的性能

在鑄造合金中，鋁硅類(lèi)合金的結(jié)晶溫度間隔最小，但是它的鑄造性能是很突出的。

（一）良好的流動(dòng)性

與其它鋼鐵材料相比，鋁硅合金具有更好的流動(dòng)性。在現(xiàn)代化的澆鑄生產(chǎn)加工中，導(dǎo)熱性低的氧化鋁膜會(huì)始終覆蓋在鋁液的表面，起到減緩鋁液向鑄型的散熱作用，又因?yàn)殇X硅合金的枝晶不發(fā)達(dá)，結(jié)晶溫度時(shí)間間隔小，在此前提下可以保證鋁液在鑄型中存在較長(zhǎng)的流動(dòng)時(shí)間，其良好的流動(dòng)性可在凝固過(guò)程后的一段時(shí)間內(nèi)，其鋁液仍可以流動(dòng)。所以鋁硅合能鑄出效果很好，很薄及形狀復(fù)雜的鑄件。

（二）冷裂傾向性

鋁硅合金的固態(tài)合金的導(dǎo)熱性良好，故鑄造應(yīng)力較小，不易產(chǎn)生冷裂，其線(xiàn)收縮率也比其他幾類(lèi)鋁合金小。

（三）熱裂傾向性

一般加工情況下鑄件在凝固的過(guò)程中會(huì)形成氣孔，這與鋁合金本身的熱裂傾向性大有很大的關(guān)系，因鋁合金在固態(tài)和液態(tài)下可以溶解的氫含量不同，造成其鑄造時(shí)易產(chǎn)生氣孔。再者其熱裂傾向小會(huì)使鋁合金產(chǎn)生高的強(qiáng)度在其固相線(xiàn)的附近。為什么鋁液中會(huì)出現(xiàn)氫，主要有兩方面的來(lái)源，一方面在澆注時(shí)吸收了空氣的水汽，另一方面在澆注及熔煉時(shí)，鋁液接觸型砂中的水分，起了反應(yīng)產(chǎn)生了氫。

四、各類(lèi)合金元素對(duì)鋁硅合金性能的影響

（一）錳的影響

當(dāng)鋁硅合金中加錳元素，組織中的粗大針狀β（Al9Fe2Si2）相會(huì)變?yōu)轭?lèi)似骨骼形態(tài)的鋁硅鐵錳相，緩解了合金中鐵元素對(duì)合金組織的影響。同時(shí)錳元素的強(qiáng)化性對(duì)合金有一定的作用。加入的錳量不易過(guò)多，存在一定的比例關(guān)系，經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值為錳和鐵的比例在0.7～0.8左右合金效果最佳。

（二）鎂的影響

在鋁硅合金中加入不同等量的元素時(shí)，產(chǎn)生最好的強(qiáng)化效果當(dāng)屬鎂元素。過(guò)量的鎂起不到強(qiáng)化作用，因?yàn)楣倘芴幚砗箧V元素不能全部溶入α相中，造成粗大的硅化鎂脆性相在合金中殘留，使塑性下降，故鎂含量控制在0.2%～0.45%范圍。加入少量的鎂在合金中，不僅可以提升合金的屈服強(qiáng)度，而且同時(shí)抗拉強(qiáng)度也得到了提升，這是因?yàn)榧尤腈V元素后合金產(chǎn)生了失效強(qiáng)化，α相中形成大量彌散分布的GP區(qū)和過(guò)渡β/相導(dǎo)致。

（三）銅的影響

鋁硅合金加入銅元素可提高其常溫和高溫性能。在AlSiMg合金中加入銅后，伴隨持續(xù)銅量的增加，合金的延伸率會(huì)下降，促使合金的熱強(qiáng)性和強(qiáng)度增加，同時(shí)進(jìn)一步增加銅元素會(huì)使合金組織中的硅化鎂相變?yōu)閃相，合金組織中還將出現(xiàn)θ（銅化二鋁）相。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)表明溫度在250℃以下時(shí)W相的耐熱性最好，當(dāng)強(qiáng)化相量相同時(shí) W相的強(qiáng)化效果最好。但是當(dāng)銅量高到一定數(shù)值時(shí)，鑄造性能會(huì)變壞其合金密度增大，熱裂傾向增加。

（四）稀土元素的影響

加入稀土元素在鋁硅合金中，可消除夾雜和細(xì)化晶粒、因稀土元素在25℃～400℃時(shí)的線(xiàn)膨脹系數(shù)僅為（6.7～7.9）×10-6/℃，所以加入稀土元素，可降低鋁硅合金的線(xiàn)膨脹系數(shù)，合金的體積穩(wěn)定性顯著提高、耐熱性、流動(dòng)性和熱強(qiáng)度減小，優(yōu)化活塞間隙，增加了其氣密性，因?yàn)橄⊥猎鼐哂杏凶冑|(zhì)調(diào)節(jié)作用，是一種長(zhǎng)效變質(zhì)劑。但含量高時(shí)使合金變脆，一般<0.5%。

（五）鎳元素的影響

其能提高合金的耐熱性， 但是鎳在我國(guó)屬于稀缺元素， 一般情況下不建議使用，相對(duì)于儲(chǔ)備鎳較多的國(guó)家，大部分的過(guò)共晶鋁硅合金會(huì)加入一定數(shù)量的鎳，加入量大約在0.5%～20%。為了改善合金性能，進(jìn)一步細(xì)化組織，會(huì)在鋁硅合金中加少量的Ti、Cr等其他合金元素。

五、鋁硅合金性能的綜述

鋁硅合金由于其共晶體有較好的加工性、塑性，因此在生產(chǎn)中具有很好的鑄造性能與機(jī)械性能。這兩種性能相互間的兼顧，可以在鋁硅合金的加工過(guò)程中完美的體現(xiàn)出來(lái)，因此鋁硅合金系材料是目前工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的鑄鋁合金系。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸樹(shù)蓀，顧開(kāi)道，等.有色鑄造合金及熔煉[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1983：3839.

作者簡(jiǎn)介：劉洋（1983），男，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，本科，助理工程師，研究方向：鋁硅合金性能研究。