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        鑄造鋁輪轂用A356合金元素強(qiáng)化研究現(xiàn)狀

        2020-07-01 01:51:15劉旦周俊段軍鵬
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2020年12期
        關(guān)鍵詞:合金化

        劉旦 周俊 段軍鵬

        摘 ? 要:對A356的合金化改進(jìn)主要分為兩類:一種為成分調(diào)整,即不改變原有元素種類,只調(diào)節(jié)各元素的配比,如Si、Mg、Mn等;另一種是通過添加新元素改進(jìn)合金性能,這其中以La、Y、Ce、Sc等稀土元素居多。改進(jìn)的途徑包括細(xì)化晶粒,改善硅相組織形貌,形成新的增強(qiáng)相等。本文對影響A356合金機(jī)械性能的元素進(jìn)行了概括分析,并提出了合金化改進(jìn)A356性能的建議。

        關(guān)鍵詞:A356鋁合金 ?鋁輪轂 ?合金化

        中圖分類號:TG142 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-098X(2020)04(c)-0063-02

        1 ?引言

        制造鋁制輪轂所使用的鋁合金材料包括A356、6061等。其中,A356被鑄造鋁制輪轂大量選用。A356鋁合金具有比重小,耐侵蝕性好等特點(diǎn),主要由鋁、硅、鎂、鐵、錳、鋅、銅、鈦等金屬元素組成,是一種技術(shù)成熟的鋁合金材料。A356合金是一個典型的Al-Si-Mg系三元合金,是一個具有優(yōu)秀的綜合性能的鑄造鋁合金。它不僅具有很好的鑄造性能,可鑄造薄壁和形狀復(fù)雜的鑄件,而且通過熱處理可達(dá)到較高的強(qiáng)度、良好的塑性和高沖擊韌性的理想綜合,因此成為了汽車鑄造鋁輪轂的首選材質(zhì)。

        2 ?綜述

        2.1 固有元素

        A356合金中,Si使合金具有高的流動性與低的收縮率。Mg主要提高合金的強(qiáng)度,尤其是在熱處理以后。Ti元素有時以晶粒細(xì)化劑的形式加入合金中。Fe是主要的雜質(zhì)元素。Cu能提高合金的抗拉強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度,但會使抗蝕性有所下降。Mn可使組織中的粗大針狀含F(xiàn)e相,變?yōu)槌叽巛^小的塊狀化合物,降低Fe對合金的有害作用。Sr主要用于Mg2Si相變質(zhì)。

        宋謀勝等[1]研究了不同Ti含量的A356合金的組織和力學(xué)性能。結(jié)果表明:隨著Ti含量的增加,晶粒和一次枝晶都明顯細(xì)化,硅顆粒尺寸、縱橫比均有所降低,硅顆粒圓形度有所增加,硅顆粒形狀得到改善。但當(dāng)Ti含量大于0.1wt%時,這種影響變?nèi)?。起華榮等[2]研究了Si、Mg元素對A356合金流動性能的影響,研究結(jié)果表明,在A356合金中,Si元素和Mg元素在允許范圍內(nèi)適當(dāng)增加添加量,分別使鋁合金流動性提高29.8%和14.34%。汪長勤等[3]研究了Si、Mg含量對A356合金力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,在A356合金中,Si元素和Mg元素在允許范圍內(nèi)適當(dāng)增加添加量,能使合金在鑄態(tài)和T6態(tài)的力學(xué)性能都有一定程度提高;抗拉強(qiáng)度和伸長率達(dá)到320MPa和8.0%。

        燕山大學(xué)蔡成等人[4]研究了Mn對A356合金組織和性能的影響。當(dāng)Mn含量為0.08wt%時,合金中針狀β-Fe相變得細(xì)小,其長度、寬度與未添加Mn元素的合金相比,分別減小了44.13%和43.89%;當(dāng)Mn的添加量達(dá)到0.16wt%時,β-Fe相轉(zhuǎn)變率為95.17wt%,經(jīng)過熱處理后A356合金中的鐵相發(fā)生部分熔斷。當(dāng)Mn的加入量達(dá)到0.08wt%時,合金的塑性和抗拉強(qiáng)度達(dá)到了最大值,此后再增加錳的含量,合金的塑性和強(qiáng)度基本上保持不變。

        2.2 添加元素

        目前對A356合金添加元素的研究主要以La、Ce、Sc、Y等稀土元素居多。改進(jìn)的途徑包括細(xì)化晶粒,改善硅相組織形貌,形成新的增強(qiáng)相等。

        肖銀平等人[5]發(fā)現(xiàn),添加稀土(主要成分為La和Ce)量在0.15wt%~0.45wt%之間時,可以降低合金組織針孔度,但是對改善硅相形貌作用不大。唐小龍等研究了混合稀土對Ti-B-Sr聯(lián)合細(xì)化變質(zhì)的A356鋁合金顯微組織的影響。結(jié)果表明,當(dāng)稀土添加量為0.1wt%~0.3wt%時,隨著稀土含量的增加,初晶晶胞尺寸、硅相尺寸、二次枝晶臂間距減小,硅相圓整度提高。高士學(xué)等研究了La對A356合金的組織和硬度的影響。結(jié)果表明,稀土La對α-Al相的細(xì)化和Si相的變質(zhì)都起到明顯作用。隨著La含量的增高,晶粒逐漸變小,加入0.4wt%La,α-Al相達(dá)到最小。加入0.2wt%La時,共晶Si相呈細(xì)小顆粒狀,繼續(xù)增加La含量到0.4wt%,變質(zhì)作用減弱;加入0.3wt%La時,Si相硬度達(dá)到最高。段海麗等研究了金屬La在不同含量、保溫時間以及澆鑄溫度條件下對A356鋁合金變質(zhì)作用的影響。結(jié)果表明,稀土含量為1.0wt%變質(zhì)效果最佳;La具有較長的變質(zhì)失效時間;澆鑄溫度對其變質(zhì)效果影響不大。

        王俊峰等研究了稀土Er對半固態(tài)成形的A356合金組織及性能的影響。結(jié)果指出,合金中添加0.1wt%的Er可以明顯的細(xì)化合金組織。同時,添加少量Er可以很好的變質(zhì)細(xì)化共晶硅相,使板塊狀的共晶硅細(xì)化。覃銘等研究了稀土Er和Zr聯(lián)合作用對A356鋁合金組織與性能的影響。當(dāng)Er的含量為0.2wt%和Zr的含量為0.3wt%及經(jīng)過T6處理時,合金的晶粒得到細(xì)化,綜合力學(xué)性能得到整體的提高。林裕涵研究了Sc對A356合金機(jī)械性能的影響,Sc含量為0.1wt%及0.25wt%時,枝晶間距分別減小30.7%及32.8%,同時延伸率及抗拉強(qiáng)度均有所提升。

        汪長勤等研究了稀土元素Y對A356合金顯微組織和拉伸性能的影響。結(jié)果表明:稀土Y是A356合金的一種優(yōu)良變質(zhì)劑,不但能使初生的α-Al晶粒變得圓整細(xì)小,二次枝晶間距減小,而且能使共晶硅由粗大的板條狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的顆粒狀或纖維狀。當(dāng)加入0.4%Y后,A356合金的抗拉強(qiáng)度和伸長率分別達(dá)到了298MPa和9.5%,分別提高了29.6%和21.5%。方東等研究了Ce對高Fe含量的A356合金鑄態(tài)顯微組織的影響。結(jié)果表明,添加Ce能將粗大針狀Fe相轉(zhuǎn)變成細(xì)小短棒狀Fe相,但過量的Ce會導(dǎo)致針狀Fe相長度的增加。當(dāng)Ce的加入量為0.4wt%時,針狀Fe相的長度最短;Ce可以細(xì)化α-Al晶粒,當(dāng)Ce的加入量為0.4wt%~0.7wt%時,可以對共晶硅起到較好的變質(zhì)效果,但當(dāng)Ce的加入量0.7wt%,變質(zhì)效果減弱。

        胡詠梅等研究了單獨(dú)添加Al-5Ti-B和稀土Y以及兩者復(fù)合添加時對A356鋁合金半固態(tài)凝固組織的影響。研究結(jié)果表明,Al-5Ti-B和稀土Y對A356鋁合金半固態(tài)初生相的形貌及尺寸均有不同程度的改善。將兩者復(fù)合添加時,可顯著提高合金中初生相的形貌及尺寸,得到細(xì)小、圓整且分布均勻的半固態(tài)組織,其添加量的最佳組合為0.02%的Ti與0.5%的Y。

        3 ?結(jié)語

        目前對A356合金化所選的元素主要包括:Mg、Si、Mn、Ti、Fe、Cu、La、Y、Ce、Sc、Er等,其中大部分元素在有效范圍內(nèi)都可以起到細(xì)化晶粒,改善微觀組織、提高機(jī)械性能的作用。但是不同元素作用的機(jī)理不同,當(dāng)同時調(diào)節(jié)多種合金元素時,需要考慮聯(lián)合作用的效果。另外,各種元素的市場價(jià)格,以及輪轂企業(yè)的生產(chǎn)狀況也是研究中需要綜合考慮的因素。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 宋謀勝,劉忠俠,李繼文.加鈦方式與鈦含量對A356合金組織和性能的影響[J].中國有色金屬學(xué)報(bào),2014(10):1729-1735,2004

        [2] 起華榮,楊鋼,史慶南.Si、Mg對鋁輪轂用A356合金流動性的影響[J].輕合金加工技術(shù),2007,35(2):19,22.

        [3] 汪長勤,趙玉濤,張松利,等.Si、Mg含量及合金元素對A356合金力學(xué)性能的影響[J].特種鑄造及有色合金,2010,30(1):88-91.

        [4] 蔡成.Mn含量對A356合金組織和性能的影響[D].燕山大學(xué),2012.

        [5] 肖銀平.稀土對汽車鋁輪轂用合金A356性能的影響[D].江西理工大學(xué),2012.

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