过共晶铝硅合金铸锭初晶硅偏析原因分析

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1、工程技术NONFERROUSMETALSENGINEERINGdoi:10.3969/j.issn.2095-1744.2014.05.003过共晶铝硅合金铸锭初晶硅偏析原因分析文李彦霞蔡菊张兴华广东白云学院广州510450摘要：采用化学成分分析、金相组织分析、扫描电镜断口观察等方法分析某过共晶铝硅合金铸锭的初晶硅偏析原因。结果表明，铝锭中存在分布不均匀的初晶硅，尺寸达到100μm，材料的含氢量及氧化膜含量较高，铝锭中孔洞和疏松缺陷较多，应优化熔炼过程的保护和除气工序，熔体冷却速度较低及过热温度过高或保温时间较长，是初晶硅偏析的原因。关键词：金属材料；过

2、共晶铝硅合金；铸锭；初晶硅偏析中图分类号：TG146.21;TG113.12文献标志码：A文章编号：2095-1744(2014)05-0023-03过共晶铝硅合金由于其轻质、高强、高耐磨、高耐热及较低的热膨胀性在航空航天、汽车制造、摩托车等行业中获得越来越广泛的应用[1-8]。以往的研究者对铝硅合金初晶硅和初晶α-Al、共晶硅的形态大小和分布进行较多的理论研究，但从工艺角度对初晶硅偏析的研究比较少见。采用化学成分分析、金相组织分析、扫描电镜断口观察等方法分析某过共晶铝硅合金铸锭的初晶硅偏析原因。1实验方法1.1合金铸锭化学成分试验所用合金样品为国内某

3、公司提供的铝硅合金铸锭试样，成分如表1所示，其中镍、镉、铅、锡元素含量少且三个试样差别不大，故未列入表1。试样3的铁杂质含量高，是试样1的1.37倍。试样采用碱土元素钙和碱金属元素钠变质。表1合金的化学成分/%1.2试验过程沿铸锭不同位置取样进行金相分析，并对其断口进行扫描电镜观察和能谱分析。试样经研磨、抛光处理后，用体积分数为0.5%的氢氟酸溶液腐蚀，采用LaikaDMI5000M型金相显微镜观察显微组织。断口观察和能谱分析在FEIQuanTa200扫描电镜上进行。2试验结果与分析2.1显微组织分析图1为试样不同位置的显微组织。根据Al-Si合金相图

4、，过共晶铝合金主要发生L→L+SiP→(SiE+α(Al))+SiP反应，过共晶高硅铝合金主要组织特征为α-Al、初晶硅和共晶组织(α-Al+Si)。由图1可见，该合金组织中明显可见的是不均匀分布的灰色初晶硅和(α-Al+Si)共晶组织。根据成分分析，合金还含有少量MgSi、AlCu、AlNi等第二相。有研究表明，初晶硅的尺寸和分布是影响合金性能的关键因素。由图1(a)、图1(c)和图1(e)可见，试样中均存在粗大块状初晶硅组织，初晶硅有区域偏析，三个试样中收稿日期：2014-04-24作者简介：李彦霞(1979-)，女，河南南阳人，硕士，主要从事有色金

5、属及其精确成形等方面的研究。有色金属工程2014年第4卷第5期23NONFERROUSMETALSENGINEERING均发现空洞缺陷。在金属结晶过程中，从液态变为固态体积收缩，随着金属液在枝晶间流动阻力的增加，液态金属在枝晶间补缩不足形成空腔。由图1(f)可见，初晶硅尺寸较大，最大尺寸达到100μm，大部分为不规则块状，棱角尖锐，不均匀分布。共晶组织主要呈现层片状共生组织，其中部分α-Al也具有枝晶形貌，共晶硅呈不规则块状。2.2试样断口分析图1试样不同位置的显微组织样1中存在不规则形状空洞。疏松和孔洞是铝合金铸锭中常见的冶金缺陷，当这类缺陷出现在

6、合金的表面或亚将试样1和试样3的断口用扫描电镜进行微观形貌观察，如图2所示。由图2(a)可见明显的裂纹，由图2(b)可见断口上存在较多疏松缺陷。由图2(c)和图2(d)可见，试表面时，容易引起应力集中而诱发疲劳裂纹。试样断口表面观察到明显深色分层，是试样具有氧化表面的分层。2.3试样能谱分析图2试样不同位置的SEM照片大块状组织为初晶硅。图3(c)和图3(d)中所示区域的微观主要成分为铝、硅、镁和铜。用扫描电镜对试样3中的表观深灰色区域及粗大块状组织进行定点能谱分析，结果如图3(b)所示。图3(b)表观深灰色区域和图3(f)粗大块状组织区域能谱分析表

7、明，该组织主要由硅组成。这表明试样3中不均匀分布的粗2.4初晶硅偏析工艺因素分析与讨论2.4.1熔炼工艺及熔体遗传性的影响固态金属的凝固过程从液态开始，金属的液态性质24工程技术EngineeringTechnology工程技术图3试样3断口显微组织及能谱分析图即熔体状态是影响金属内部组织和性能的关键及首要因素。在熔铸过程中，由炉壁、工具、熔剂及金属沸腾等形成的水汽在金属表面形成气泡。文献表明[8]，在一定温度下，发生反应3H2O+2Al=Al2O3+6H。在凝固初期，氢从高温熔体中析出，形成高压气泡。结晶期间，受到已经形成的枝晶的限制，改变了自身的形

8、状和体积，受高压推动沿着枝晶间隙流动，以不连续的微孔分布于枝晶边界。这是试样微观