新型工程材料及測試技術(shù)

1、新型工程材料及測試分析技術(shù)作業(yè)題 目：鋁合金材料組 號：第十組組 長：范光輝學(xué) 號：S1102106915目 錄第1章 鋁合金的概述1§1.1 鋁合金的概念定義1§1.2 鋁合金的分類1第2章 鋁硅合金的結(jié)構(gòu)組成2§2.1鋁硅合金的組成結(jié)構(gòu)2§2.2不同Si含量的Al-Si合金的顯微組織2§2.3不同Si含量對常溫抗拉強(qiáng)度的影響2§2.4 Al-Si二元相圖3§2.5 Al-Si微觀結(jié)構(gòu)的變化及對重要性能的影響5第3章 鋁硅合金ZL102性能簡介6§3.1 ZL102的機(jī)械性能6§3.1.1力學(xué)性能6&#

2、167;3.1.2工藝性能6§3.2 工藝性能改良鑄造鋁硅合金鑄造性能7§3.4退火溫度對ZL102性能的影響10第4章 鋁硅合金的應(yīng)用12參考文獻(xiàn)13致謝14本組成員14第1章 鋁合金的概述§1.1 鋁合金的概念定義鋁合金就是以鋁為基加入其他元素組成的合金。純鋁的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐蝕性能良好，主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料，但強(qiáng)度低，不宜作結(jié)構(gòu)材料。鋁可與許多化學(xué)元素形成合金以改善性能。鋁合金比重輕，比強(qiáng)度接近合金鋼，比剛度超過鋼，塑性好，鑄造和可切削性也較好，適宜制造重量輕的結(jié)構(gòu)部件，因此成為航空工業(yè)不可缺少的材料，在交通運(yùn)輸、建筑、輕工、化工、儀表機(jī)械等部門，在家用器具

3、方面也得到廣泛應(yīng)用。§1.2 鋁合金的分類鋁硅系合金 常稱"硅鋁明"或"矽鋁明"(Silumin)，與其他系鑄造合金相比，該系合金成分位于共晶成分附近，有良好的鑄造性能和耐磨性能，熱脹系數(shù)小，是鑄造鋁合金中品種最多、用量最大的合金。工業(yè)用鋁硅合金的硅含量可高達(dá)25。分為過共晶鋁硅合金（硅含量大于14）、共晶鋁硅合金（硅含量為1014）和亞共晶鋁硅合金（硅含量小于10）。變質(zhì)處理可提高鋁硅合金的力學(xué)性能。添加0.20.6鎂的鋁硅合金（ZL 101）廣泛用于制作各種結(jié)構(gòu)件如殼體、缸體、箱體和框架等。添加適量的銅和鎂能提高合金的力學(xué)性能和耐熱性，此類

4、合金（如ZL 108）廣泛用于制造活塞等部件。鋁銅系合金 應(yīng)用最早的鑄造鋁合金。此類合金可以通過固溶-時效處理進(jìn)行強(qiáng)化,含4.55.3銅的合金強(qiáng)化效果最佳。加入適量的錳和鈦能顯著提高室溫、高溫強(qiáng)度和鑄造性能（ZL 201），主要用于制作承受大的動、靜載荷和形狀不復(fù)雜的砂型鑄件。鋁鎂系合金 密度最小的鑄造鋁合金。含鎂12的合金強(qiáng)化效果最佳。實用的合金中含鎂量不超過11.5。典型的二元合金是ZL 301。該系合金在大氣和海水中抗腐蝕性能好，在室溫下具有良好的綜合力學(xué)性能和可切削性能,常用作雷達(dá)底座,飛機(jī)的發(fā)動機(jī)匣、螺旋槳、起落架等零件。由于加工后表面光亮呈銀白色，可作裝飾材料。鋁鋅系合金 鑄造和耐

5、蝕性能差，熱裂傾向大，有應(yīng)力腐蝕傾向。為改善性能,常加入硅、鎂元素,典型的合金為ZL 401，常稱為"鋅硅鋁明"。在鑄造條件下這種合金即可取得淬火的作用，有"自行淬火"之稱。這種合金不經(jīng)熱處理即可使用。經(jīng)變質(zhì)處理后的鑄件具有較高的強(qiáng)度。經(jīng)穩(wěn)定化處理后，尺寸穩(wěn)定，常用于制作模型、型板及設(shè)備支架等。本論文重點論述鋁硅系鋁合金展開論述，最后再介紹鋁硅合金ZL102。第2章 鋁硅合金的結(jié)構(gòu)組成§2.1鋁硅合金的組成結(jié)構(gòu)鋁硅合金鋁硅合金 （aluminium silicon alloy ）一種以鋁、硅為主成分的鍛造和鑄造合金，并加入銅、鎂、鋅、鐵、鎳等合

6、金元素。§2.2不同Si含量的Al-Si合金的顯微組織圖2-1為Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5.0、7.0、9.0、12.8、15.0、18.0的合金顯微組織。從圖2-1可以看出，隨著Si含量的提高，共晶Si均為細(xì)小的、短桿狀或顆粒狀，對合金的力學(xué)性能影響不大。當(dāng)達(dá)到共晶區(qū)間時，開始出現(xiàn)初生Si相，且Si含量越高，初生Si相的尺寸越大。由于初生Si相尺寸較大，又是硬脆相，導(dǎo)致合金的硬度提高，塑形、韌性急劇下降。圖2-1 不同Si含量的Al-Si合金的顯微組織§2.3不同Si含量對常溫抗拉強(qiáng)度的影響圖2-2為不同Si含量對Al-Si合金常溫抗拉強(qiáng)度的影響。可以看出，隨著Si含量的增加，

7、常溫抗拉強(qiáng)度先增加后減小，在共晶點附近達(dá)到最大值。當(dāng)Si含量在70128范圍內(nèi)，Si含量的增加能增加低應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變硬化速率，提高合金的抗拉強(qiáng)度；通過變質(zhì)、T6 熱處理，合金中會生成Mg2Si、Al2CuMg、W相(AlxMg5Si4Cu4)、Q相(Al5Mg8Cu2Si5)等彌散強(qiáng)化相。這些相多為硬脆的金屬間化合物，在合金中同樣起阻礙位錯運(yùn)動的作用，因而能產(chǎn)生過剩強(qiáng)化相。隨著Si含量的增加，Al-Si合金中的過剩相數(shù)量增多，合金強(qiáng)度提高。另一方面，在合金中，不可避免的會有少量的Fe進(jìn)入熔液，會生成Al3Fe，Ni的加入會使Al3Fe熔解，同時生成細(xì)小的Al9FeNi相，從而提高合金的強(qiáng)度。圖2

8、-2 Si含量對常溫抗拉強(qiáng)度的影響當(dāng)Si含量超過共晶點時，會產(chǎn)生粗大、硬脆的初生Si，即使變質(zhì)，也只能改變其形貌和尺寸，而不能使其數(shù)量減少。隨著Si含量的增加，結(jié)晶溫度范圍變大，合金的疏松傾向加大，氣密性降低，同時氫在合金中的溶解度降低，由此導(dǎo)致合金強(qiáng)度降低 1。§2.4 Al-Si二元相圖圖2-3 Al-Si二元相圖Al-Si二元合金屬于簡單的共晶合金，共晶點為12.5%（見圖2-3）。合金在溫室下僅形成和兩種相。相屬于Si溶于Al中得固溶體，性能和純鋁相識，也可以寫成（Al）相。在共晶溫度577時，Si的最大溶解度是1.65%，溫室時只有0.05%。相是Al溶于Si中得固溶體，其

9、溶解度極小至今尚未完全確定，故可將相看做純硅。通常把共晶體中相稱為共晶硅，它在鑄態(tài)下不經(jīng)變質(zhì)處理時，呈粗大的片狀。在二元Al-Si合金中，隨著Si含量的增加，合金的結(jié)晶溫度范圍不斷縮小，組織中的共晶體數(shù)量逐漸增加，因此，合金的流動性顯著提高。同時，純鋁的線收縮率較大，但Si幾乎不收縮，因此，隨Si含量的增加，合金的線性收縮率也隨之下降，熱裂傾向相應(yīng)減小，并在共晶成分附近表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合鑄造性能2。相關(guān)實驗表明硅含量低的ZL102和AC8A(ZL109)合金的相變溫度和潛熱值均比硅含量高的AlSi20合金高；對于硅含量相近的鋁合金，雜質(zhì)成分較低的ZL102合金的相變溫度和潛熱值較高，這是由于Al

10、含量的不同3。ZLl02、AC8A和AC9A.1合金的含硅量分別為10-13、11-13和22-24固態(tài)組織均由固溶硅的Al固溶體加初晶硅相或共晶硅相組成根據(jù)經(jīng)驗電子理論(EET)，可把這3種合金看作理想的不含Si和含Si的Al晶胞、Si晶胞和少量含雜質(zhì)的Al晶胞堆砌構(gòu)成。由于Al-Si合金熔體中存在SiSi短程偏聚，當(dāng)溫度升高時，合金的溶化是從A1晶胞中某些較弱的但維系著晶胞穩(wěn)定的鍵合處開始的3種合金的Al固溶體的的結(jié)構(gòu)是相似的，所以相變溫度差別不大，相變溫度的實驗值分別為5728、5613和570由于AC9A.1合金的含Al量小于ZLl02和AC8A的含Al量，其所形成的Al晶胞的數(shù)量也少

11、，熔化時需要擊斷的鍵合數(shù)量也會少，所以其相變潛熱數(shù)值也小，其實驗值分別為：5070、4705和430.9kJkg。可見，在三種鋁硅合金中，AC9A1合金的潛熱最小4。相關(guān)實驗表明中硅鋁合金在加入稀土元素后抗拉強(qiáng)度和伸長率都有不同個程度的提高，而且最佳效果的稀土元素加入量都在一個峰值上。在峰值稀土元素加入量（4.5%RE）之前隨稀土元素加入量的升高抗拉強(qiáng)度和伸長率同步升高，在峰值稀土元素加入量（4.5%RE）之后稀土元素加入量的升高抗拉強(qiáng)度和伸長率同步降低。中硅鋁合金在加人稀土元素后熔體的表觀粘度增大、流動性變差這一點說明稀土元素的溶解性能不是太好，達(dá)飽和后將析出ERSi化合物的固體顆粒懸浮于熔

12、體中適當(dāng)提高合金熔體的過熱度和澆鑄溫度，對稀土元素在熔體中的溶解和保持稀土元素在合金中的作用都是有益的。稀土元素的加入在一定程度上使原來較粗大的塊狀共晶顆粒分散形成小的支柱狀骼絡(luò)，使抗拉強(qiáng)度有所升高。加入的稀土元素在共晶體與基體之間形成一個富含稀土元素的過渡相物質(zhì)該過渡相物質(zhì)即為相關(guān)報道過的含16，68RE的相，該相應(yīng)為鋁、硅、RE的三元化合物RE2Si2A13與稀土元素的固溶體，屬六方晶系；單位晶胞里有14個原子；晶格常數(shù)a=624×10_10m、c=730×1010m；該過渡相物質(zhì)在共晶體與基體相問的滑移變形導(dǎo)致合金的伸長率增大5。§2.5 Al-Si微觀結(jié)構(gòu)

13、的變化及對重要性能的影響Al-Si系鑄造鋁合金的微觀結(jié)構(gòu)對其性能有很大的影響。國內(nèi)外學(xué)者對于Al-Si系鑄造合金中的各種微觀組織對其疲勞性能進(jìn)行了大量的研究， couple等認(rèn)為，微觀結(jié)構(gòu)缺陷對鑄造鋁合金的疲勞等壽命影響很大，缺陷尺寸越大，疲勞強(qiáng)度越低。如孔洞，氧化物薄膜，二次枝晶壁間距，共晶硅顆粒的尺寸和形貌，金屬間化合物，滑移帶，晶粒尺寸等因素。其中對疲勞壽命影響最大的是孔洞和氧化物薄膜。并且隨著溫度的變化，其微觀結(jié)構(gòu)會發(fā)生顯著的變化，當(dāng)溫度升高時，共晶鋁合金過冷度逐漸增大，其凝固組織晶粒也逐漸變細(xì)，過共晶鋁合金過冷度先減少后增大，其凝固組織晶粒也相應(yīng)的先變粗大然后又細(xì)化，結(jié)合分子動力學(xué)模

14、擬結(jié)果可以知道，隨著溫度的升高，原子團(tuán)簇內(nèi)的原子排列有序和方式要發(fā)生突變，這些突變必然會引起熔體原子間的結(jié)合能突然增大，從而導(dǎo)致熔體粘度突然增大。Fe元素可能對Al-7%Si合金共晶相的形核起著重要的作用。如參考文獻(xiàn)Al-Si 合金宏觀晶粒尺寸與Si量的關(guān)系及結(jié)構(gòu)演化規(guī)律.結(jié)果表明:宏觀晶粒尺寸隨含Si量增加呈峰谷變化,即在3%Si(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)左右達(dá)到谷底,在共晶點(12%Si)附近達(dá)到峰值;未變質(zhì)共晶 Al-Si合金的宏觀晶粒尺寸與純Al相近. Al-Si合金宏觀晶粒的結(jié)構(gòu)隨含Si量增加發(fā)生演化,其演化過程為:單-Al以Al為中心外圍被共晶團(tuán)環(huán)繞單-共晶團(tuán)組織-初生 Si為核心、周圍環(huán)

15、-Al及共晶團(tuán)的三層組織結(jié)構(gòu)、變質(zhì)后Al-Si合金的延伸率也呈現(xiàn)出峰谷變化規(guī)律,并且在共晶點附近其力學(xué)性能達(dá)到了峰值. 第3章 鋁硅合金ZL102性能簡介§3.1 ZL102的機(jī)械性能§3.1.1力學(xué)性能 抗拉強(qiáng)度 ：(MPa)180伸長率：(%)=5%硬度60(5/250/30)§3.1.2工藝性能 鋁合金鑄造工藝性能，通常理解為在充滿鑄型、結(jié)晶和冷卻過程中表現(xiàn)最為突出的那些性能的綜合。流動性、收縮性、氣密性、鑄造應(yīng)力、吸氣性。鋁合金這些特性取決于合金的成分，但也與鑄造因素、合金加熱溫度、鑄型的復(fù)雜程度、澆冒口系統(tǒng)、澆口形狀等有關(guān)。 l 流動性 流動性是指合金液

16、體充填鑄型的能力。流動性的大小決定合金能否鑄造復(fù)雜的鑄件。在鋁合金中共晶合金的流動性最好。 l 收縮性 收縮性是鑄造鋁合金的主要特征之一。一般講，合金從液體澆注到凝固，直至冷到室溫，共分為三個階段，分別為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。合金的收縮性對鑄件質(zhì)量有決定性的影響，它影響著鑄件的縮孔大小、應(yīng)力的產(chǎn)生、裂紋的形成及尺寸的變化。通常鑄件收縮又分為體收縮和線收縮，在實際生產(chǎn)中一般應(yīng)用線收縮來衡量合金的收縮性。 l 熱裂性 鋁鑄件熱裂紋的產(chǎn)生，主要是由于鑄件收縮應(yīng)力超過了金屬晶粒間的結(jié)合力，大多沿晶界產(chǎn)生從裂紋斷口觀察可見裂紋處金屬往往被氧化，失去金屬光澤。裂紋沿晶界延伸，形狀呈鋸齒形，表面較寬

17、，內(nèi)部較窄，有的則穿透整個鑄件的端面。 l 氣密性 鑄鋁合金氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度，氣密性實際上表征了鑄件內(nèi)部組織致密與純凈的程度。 鑄鋁合金的氣密性與合金的性質(zhì)有關(guān)，合金凝固范圍越小，產(chǎn)生疏松傾向也越小，同時產(chǎn)生析出性氣孔越小，則合金的氣密性就越高。同一種鑄鋁合金的氣密性好壞，還與鑄造工藝有關(guān)，如降低鑄鋁合金澆注溫度、放置冷鐵以加快冷卻速度以及在壓力下凝固結(jié)晶等，均可使鋁鑄件的氣密性提高。也可用浸滲法堵塞泄露空隙來提高鑄件的氣密性。 l 鑄造應(yīng)力 鑄造應(yīng)力包括熱應(yīng)力、相變應(yīng)力及收縮應(yīng)力三種：熱應(yīng)力 ：熱應(yīng)力是由于鑄件不同的幾何形狀相交處斷面厚薄不均，冷卻不一

18、致引起的。在薄壁處形成壓應(yīng)力，導(dǎo)致在鑄件中殘留應(yīng)力。 相變應(yīng)力 相變應(yīng)力是由于某些鑄鋁合金在凝固后冷卻過程中產(chǎn)生相變，隨之帶來體積尺寸變化。主要是鋁鑄件壁厚不均，不同部位在不同時間內(nèi)發(fā)生相變所致。 收縮應(yīng)力：鋁鑄件收縮時受到鑄型、型芯的阻礙而產(chǎn)生拉應(yīng)力所致。這種應(yīng)力是暫時的，鋁鑄件開箱是會自動消失。但開箱時間不當(dāng)，則常常會造成熱裂紋，特別是金屬型澆注的鋁合金往往在這種應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生熱裂紋。 鑄鋁合金件中的殘留應(yīng)力降低了合金的力學(xué)性能，影響鑄件的加工精度。鋁鑄件中的殘留應(yīng)力可通過退火處理消除。合金因?qū)嵝院?，冷卻過程中無相變，只要鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，鋁鑄件的殘留應(yīng)力一般較小。 l 吸氣性 鋁合

19、金易吸收氣體，是鑄造鋁合金的主要特性。液態(tài)鋁及鋁合金的組分與爐料、有機(jī)物燃燒產(chǎn)物及鑄型等所含水分發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的氫氣被鋁液體吸收所致。鋁合金熔液溫度越高，吸收的氫也越多。§3.2 工藝性能改良鑄造鋁硅合金鑄造性能l 變質(zhì)處理化學(xué)成分銅硅鎂鋅鐵錳鎳鈦錫0.310130-0.11.00-0.70.50.2表3-1. ZL102的化學(xué)成分1、添加合金元素的目的在鑄造鋁硅合金基礎(chǔ)上，添加Cu、Ni、Mn、V 和RE 等合金元素研制了改良鑄造鋁硅合金6，并檢測了該合金的鑄造性能。結(jié)果表明，改良鑄造鋁硅合金不但改善了合金的高溫力學(xué)性能，提高了其服役溫度，而且保留了鑄造鋁硅合金優(yōu)良的鑄造性能。改良

20、鑄造鋁硅合金不但具有良好的常溫和高溫力學(xué)性能， 而且還保持了鑄造鋁硅合金優(yōu)良的鑄造性能， 是一種很有開發(fā)應(yīng)用前景的新型鑄造鋁硅合金。2、添加元素的作用分析7（1） Cu 元素的作用分析銅在鋁硅鎂合金中可以起到固溶強(qiáng)化的作用，提高合金的強(qiáng)度。另一方面，由于銅能與鋁合金中的鎂、鐵、錳、鎳等元素形成A12Cu、A12CuMg、A19FeNi 等化合物，因此同時也能提高合金的高溫強(qiáng)度。（2）Ni 元素的作用分析一般在鋁合金中Ni 與Fe 按1: 1 加入時，可形成耐熱性好的Al9FeNi 相，提高鋁合金的耐熱性，并降低其熱膨脹系數(shù)。（3） Mn 元素的作用分析在鋁硅鎂合金中，Mn 是一個中和鐵的有害作

21、用的元素。熔煉時雜質(zhì)Fe 和Mn 結(jié)合生成沉淀物進(jìn)入渣中，Mn 還會和合金中的Fe 反應(yīng)生成A16MnxFe1 x金屬間化合物，從而有效地提高合金的耐蝕性。添加少量的Mn 可以細(xì)化材料的組織，提高再結(jié)晶溫度，增強(qiáng)合金的耐熱性。（4）V 元素的作用分析鋁合合金中加入釩元素，可以形成Al7V 化合物，這些化合物可作為 固溶體的結(jié)晶核心，使晶粒細(xì)化，提高力學(xué)性能和改善工藝性能，但量不能多，過多則會出現(xiàn)大片狀化合物，降低強(qiáng)度、耐蝕性等。（5）RE 元素的作用分析凈化作用：由于RE 具有很高的化學(xué)活性，與H2、Fe、S 等雜質(zhì)元素具有很強(qiáng)的化學(xué)親和力，可以與各種雜質(zhì)元素形成化合物，因而能消除H2、Fe、

22、S和過剩游離態(tài)Si 等有害雜質(zhì)的影響。變質(zhì)作用：加入適量的RE，能夠有效減小鋁合金的枝晶間距，細(xì)化鑄態(tài)晶粒。微合金化作用：RE 與Al 及其合金元素能發(fā)生微合金化作用，可以提高合金常溫和高溫力學(xué)性能。3、添加合金元素后對性能的影響用光學(xué)顯微鏡（OM）等分析研究Al-10Ce 中間合金對ZL102 共晶鋁硅合金的變質(zhì)處理效果。結(jié)果表明，Al-10Ce 中間合金用量、熔體中的雜質(zhì)以及冷卻速度對變質(zhì)效果的影響很大，Al-10Ce 中間合金用量為0.9%左右時達(dá)到最佳變質(zhì)效果，用量少變質(zhì)效果差，用量過多則形成過變質(zhì)。通過提高Al-Si 的純度可以獲得變質(zhì)組織。冷卻速度超過70/min 時才具有明顯的變

23、質(zhì)效果。由于冷卻強(qiáng)度不同， 鑄棒中心部位變質(zhì)效果比邊部差。Al-10Ce 中間合金對共晶鋁硅合金變質(zhì)處理時間較短。在普通鑄造條件下， ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和a固溶體組成，強(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理, 得到細(xì)小均勻的共晶體加一次a固溶體組織，以提高性能（見圖3-1） 。變質(zhì)后變質(zhì)前圖3-1變質(zhì)處理前后變化l 熱壓作用在成形過程中，金屬液自始至終承受等靜壓，并在壓力作用下發(fā)生結(jié)晶凝固，減少或消除了鍛件的縮孔和疏松，提高鍛件的致密度，提高合金組織的均勻性，使合金力學(xué)性能大為提高?？闯霾牧显趬嚎s后抗拉強(qiáng)度b明顯變大，并且不同的壓縮量下抗拉強(qiáng)度的增強(qiáng)

24、情況也不同，其中壓縮比為85.81%的試樣抗拉強(qiáng)度增加最大（見表3-2）。表3-2. ZL102的試驗結(jié)果鑄態(tài)ZL102中組織相對比較差，Si呈針狀或塊狀分布，對基體有割裂作用，沒有形成緊密的組織，而是呈現(xiàn)比較分散的排列；經(jīng)過熱處壓縮以后隨著變形量的增大，Si由最初的條狀逐漸變小，最后呈顆粒狀分布，Si的特殊分布形式和狀態(tài)使Si類似于顆粒增強(qiáng)基體作用，強(qiáng)化了共晶體，改善了合金零件的力學(xué)性能。l 合金澆注溫度、模具預(yù)熱溫度等工藝參數(shù)澆注溫度直接影響鍛件的質(zhì)量和模具壽命8。澆注溫度過高，使金屬中吸氣較多，且晶粒粗大，降低力學(xué)性能 ，同時，模具在使用前要進(jìn)行均勻預(yù)熱，以減小溫差，降低熱應(yīng)力，防止模具

25、裂紋產(chǎn)生而影響制件的力學(xué)性能。各參數(shù)的影響如下：圖3-2澆注溫度磨具預(yù)熱溫度對機(jī)械性能的影響如圖3-2，c和d合金澆注溫度在640時得到的抗拉強(qiáng)度最高，而塑性在630時表現(xiàn)較好； e和f顯示了模具預(yù)熱溫度對于力學(xué)性能的影響。根據(jù)對實驗數(shù)據(jù)分析，抗拉強(qiáng)度和拉伸率隨模具預(yù)熱溫度升高而呈現(xiàn)下降的趨勢?？傊鶕?jù)不同工藝參數(shù)對力學(xué)性能的影響，在實生產(chǎn)中，可以按照要求而合理選擇生產(chǎn)工藝。l 塑性變形對ZL102合金組織及性能在350°C時不同形狀變量下其顯微組織如圖3-3所示。由圖可知隨著壓縮量的增大，晶粒明顯得到細(xì)化，其中的a枝晶被明顯拉長。變形量到50%時，顯微組織出現(xiàn)明顯垂直于壓縮方向的

26、變形方向性及較明顯的帶狀組織。在同一等溫壓縮溫度下隨著變形程度的增加，存的變形能更多，更有利于熱處理時大量再結(jié)晶晶核和強(qiáng)化相的形成，發(fā)生更加充分的回復(fù)與再結(jié)晶，得到更加細(xì)化的組織和優(yōu)良的性能，故50%變形時顯微組織的晶粒較其他變形程度更加細(xì)小。圖3-3顯微組織§3.4退火溫度對ZL102性能的影響由二元合金相圖可以得出，577°C時Si在a（Al）固溶體中的溶解度為16.5%，溫室時下降至0.05%。但因為硅的沉淀和集聚速度很快，甚至固溶處理時都可能發(fā)生固溶體分解，析出硅質(zhì)點，不形成共格或半共格的過渡相。進(jìn)而不能有效提高其強(qiáng)度，所以工業(yè)上一般只采用退火來消除內(nèi)應(yīng)力。l 熱處

27、理后的組織變化圖3-4晶相組織變化經(jīng)過不同溫度退火，觀察其金相組織9。如圖3-4，白色樹枝狀的為a(A1)以及依附在其上的共晶組織中的僅相黑色部分為共晶組織中的B相。經(jīng)不同溫度退火處理后，隨退火溫度升高，其組織發(fā)生明顯變化，可以看出低倍下其溝槽明顯增加，在退火過程中隨溫度的升高其缺陷發(fā)生變化。l 組織變化引起的材料硬度和防腐性能的變化表3-3為硬度與退火溫度的關(guān)系。從圖可以看出ZL102的鑄態(tài)硬度為55.3HBS，250°C退火時其硬度達(dá)到最高值57.1HBS，而到300°C時其硬度值下降為54.3HBS，到400°下降比較明顯。從這個曲線趨勢上看，其硬度是先增后

28、減。之所以呈現(xiàn)這種狀況 10 ,因為低溫加熱時，材料的內(nèi)應(yīng)力可能減小，但強(qiáng)度、硬度基本不變。而溫度升高到一定程度時其硬度明顯下降，分析與其溫度過高，晶粒長大明顯，產(chǎn)生過熱現(xiàn)象有關(guān)。表3-3. 硬度與退火溫度的關(guān)系圖3-5鑄態(tài)及不同溫度退火后的腐蝕形貌圖3-5為鑄態(tài)及不同溫度退火后的腐蝕形貌?？梢钥吹?，250°C和300°時耐蝕性要好一些，而鑄態(tài)試樣腐蝕坑相對明顯一些，400°C退火時其腐蝕空洞非常大。其主要原因還是與其熱處理后的顯微組織有關(guān)，浸蝕劑里含有少量的鹽酸，均能與鋁合金表面的氧化鋁反應(yīng)，從而加快機(jī)體鋁的腐蝕；而經(jīng)過熱處理的鋁合金雖然組織成分上沒有發(fā)生太大的

29、變化，但在加熱過程中晶格中的位錯發(fā)生變化、晶粒長大以及應(yīng)力的降低都可能對其耐腐蝕性有影響。第4章 鋁硅合金的應(yīng)用鋁硅合金具有很多優(yōu)良的性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。鋁硅合金可以用于制造低中強(qiáng)度的形狀復(fù)雜的鑄件，如蓋板、電機(jī)殼、托架等，也用作釬焊焊料。當(dāng)硅含量較低時（比如0.7），鋁硅合金的延展性較好，常用來做變形合金；當(dāng)硅含量較高時（比如7%），鋁硅合金熔體的填充性較好，常用來做鑄造合金。在含硅量超過Al-Si共晶點（硅12.6%）的鋁硅合金中，硅的顆?？闪扛哌_(dá)14.5%25%時，再加入一定量的Ni，Cu，Mg等元素能改善其綜合力學(xué)性能。它們可用于汽車發(fā)動機(jī)中代替鑄鐵汽缸而明顯減輕重量。其中含硅量

30、11%13%的合金以其質(zhì)輕、低膨脹系數(shù)和高耐蝕性能等特點而成為最佳的活塞材料之一。在含硅量超過Al-Si共晶點（硅11.7%）的鋁硅合金中，硅的顆粒可明顯提高合金的耐磨性，組成一類用途很廣的耐磨合金。鋁硅合金的衍生品AISi相變材料可應(yīng)用于電力調(diào)峰。利用鋁基三元合金相變材料的顯熱及相變潛熱將低谷電以熱能的形式儲存起來，待到用電高峰時，利用低溫空氣通過儲能換熱器將熱能以熱風(fēng)的形式提取出來，另外還通過裝置內(nèi)的氣一水換熱器，將部分熱風(fēng)轉(zhuǎn)換成熱水，達(dá)到供暖和生活兩用的目的。中科院廣州能源所在90年代初主要研究了以鋁硅合金為儲能材料、以普通碳鋼為外殼的儲能元件。該元件具有儲能密度大、熱導(dǎo)辜高、腐蝕性小等

31、特點，并能在700以上長期工作，研制出的電熱鍋和集電飯煲辭已轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)。同時，AISl相變材料還可以可應(yīng)用于太陽能的利用上。我國科學(xué)家利用鋁基舍壘作為相變儲能材料，以耐熱的FeC合金作為容器外殼組成儲能元件。通過聚光式太陽灶，實現(xiàn)太陽能600屯一700的高溫儲存，這種高溫能源導(dǎo)熱系數(shù)高，熱交換速度快，可以用于煮飯、炒菜、燒水；也可以作為建筑物的采暖輔助功能源。還有一種高導(dǎo)鋁硅合金，因其兼具良好的鑄造性、高導(dǎo)電性、較高強(qiáng)度、耐腐蝕和耐摩擦等綜合性能，是一種優(yōu)異的結(jié)構(gòu)功能材料。鋁硅合金相對于銅、鈦等材料價格低廉，相對于鋼鐵具有輕質(zhì)特性，在大規(guī)模電工基礎(chǔ)建設(shè)工程方面的應(yīng)用將會有廣闊的前景。日本目前已經(jīng)

32、把快速凝固高硅鋁合金成功地應(yīng)用于汽車制造業(yè)中, 主要用來制造發(fā)動機(jī)及空調(diào)機(jī)的轉(zhuǎn)子, 葉片及活塞等。馬自達(dá)汽車公司利用噴射沉積Al-Si-F e-Cu-M g 合金制造了一種新型發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子, 使發(fā)動機(jī)效率大幅度提高, 節(jié)油20%。公司預(yù)計以每月10噸的速度生產(chǎn)這種發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子。1993年他們將這種發(fā)動機(jī)安裝在ENU OS800和 XEDOS9新型轎車上投放日本、歐洲及北美市場。Sumitomo電氣公司利用快速凝固PM Ai-Si-X高硅鋁合金代替燒結(jié)鋼, 大批量制造汽車空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和葉片, 使轉(zhuǎn)子重量減輕60%, 整個壓縮機(jī)重量減輕40%, 提高了機(jī)器的工作效率。雅馬哈汽車制造公司生產(chǎn)的快速凝固高硅鋁合金活塞也投入市場, 這種活塞與普通鑄鐵相比, 重量減輕20% , 壽命提高30% , 而且顯著降低噪音, 減少污染。此外還可以利用高硅快速凝固鋁合金制造壓縮機(jī)連桿, 發(fā)動機(jī)齒輪, 油泵, 軸承以及缸體等?？焖倌?/p>