铸造a356铝合金的拉伸性能及其断口分析

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1、摘要：研究了铸造A356-T6铝合金板不同位置处的拉伸性能。采用扫描电子显微镜和光学显微镜对拉伸断口及断口纵剖面的组织形貌进行了观察分析。试验结果表明，铸造A356一T6铝合金的拉伸屈服强度随离浇道口平面距离的增加而减小，断裂强度则是先减小然后再增大，而延伸率随高度变化不明显。铸造A356-T6铝合金的平均屈服强度、断裂强度、延伸率和断面收缩率分别为2l6．64MPa，224MPa，1．086％和0．194％。断口分析表明拉伸断口的表面分布着杂质、孔洞、铸造缩孔和氧化膜等缺陷，断口表面也存在开裂的由碳、氧、铁、镁、铝和硅元素形成的复合粒子。铸造A356-T6铝合金在拉伸过程中，

2、裂纹萌生于共晶硅粒子与基体结合处，并沿枝晶胞之间的共晶区域进行扩展，当前进的裂纹遇到取向不一致的共晶硅粒子时，裂纹将截断共晶硅粒子。铸造A356-T6铝合金拉伸断裂方式为沿胞(即穿晶)断裂的准解理断。　　关键词：铸造A356铝合金：A1-7％Si-0．4Mg；拉伸性能；断裂机制：断口形貌　　1前言　　铸造铝合金由于具有优异的铸造性能，良好的耐腐蚀性，高的强重比和铸件制造成本低，能够近终成型等特点，在汽车和航空工业上得到了日益广泛的应用[1-4]，其中A1．Si7．Mg(A356)铸造铝合金通常用来制备汽车气缸盖及发动机滑块构件[5]。铸造铝合金构件的主要问题是存在孔隙、氧化物和

3、非金属夹杂物等缺陷[4]，这些缺陷强烈影响构件的服役性能。铸造A356铝合金的力学性能取决于构件中相的特性及其分布，缺陷的性质、数量和尺寸。尽管铸造A356铝合金的力学性能及其疲劳性能得到了广泛的研究[4-9]，但仍然有一些问题有待于进一步研究予以澄清，比如，铸造铝合金在拉伸过程中裂纹的萌生及其扩展的定量分析有待进一步的建立。在疲劳载荷加载中，短裂纹扩展行为取决于应力状态和组织结构特征，比如，硅粒子和α-Al形态、分布及其大小，缺陷的性质、分布、数量及其大小。因此，充分研究铸造铝合金的拉伸性能及其微观组织特征是定量分析和描述短裂纹扩展的前提，为定量模拟和建立疲劳短裂纹行为提供基

4、本的信息，也为铸造A356铝合金的工程应用奠定基础。没有经过Sr改性和热等静压处理的铸造A356合金，其具有优异的加工性能和制备成本低等特点，但关于其拉伸性能，疲劳特征及其机制研究较少。因此，研究该类合金的力学性能及其疲劳机制在工业生产上具有重要的意义。本试验主要研究铸造A356(A1．Si7．Mg)的拉伸性能和分析拉伸断口及其断口纵剖面的微观组织特征。　　2试验　　2．1合金及热处理条件　　试验用铸造A356铝合金板通过细砂浇注成型，浇注温度为700℃；铸造前，在680℃对熔化金属液脱气30min，并按T6热处理工艺对合金板进行热处理，其合金板的化学成分如表1所示。　　表1铸

5、造A356铝合金的化学成分(％)　　Table1ThechemicalcompositionofcastA356aluminiumalloyElementsSiMgFeTiA11otherelementAl Content7．040．390．10．15<0．05Balance2．2试样制备　　按照图1的取样方位将铸造A356一T6铝合金板制成拉伸毛坯，并按照GB／T228—2002标准将其加工成拉伸试样。在室温条件下进行拉伸试验，加载速率为0.008S-1，利用引伸计测定拉伸试样的屈服强度、断裂强度、延伸率。利用JEM．6400扫描电子显微镜来观察拉伸试样的断口形貌。将拉伸断口

6、用环氧树脂保护，并利用线切割将断口沿拉伸轴向方向纵剖，将剖面先在不同粗细的金相砂纸上磨制，然后用2．5μm的金相液进行抛光，采用0．5％氢氟酸水溶液进行组织腐蚀，最后置于MeF3型光学显微镜下观察断口纵剖面的组织形貌。图1拉伸试样在铸造A356．T6铝合金板中取样位置图　　3试验结果及讨论　　3．1A356．T6铝合金的力学性能　　在室温条件下对铸造A356．T6铝合金进行拉伸试验，所测得的试验结果列于表2中。拉伸强度及其延伸率随铸造位置的变化趋势如图2所示，在绘制图2时，将同一水平面上的两根试样的拉伸值进行平均，并以浇道口所在的平面为零平面绘制拉伸性能随高度变化趋势。图2铸造

7、A356．T6铝合金的拉伸性能随铸造高度变化趋势　　从表2中可以得出铸造A356-T6铝合金的平均屈服强度、断裂强度、延伸率和断面收缩率分别为216．64MPa，224MPa，1．086％和0．194％，经计算，相应值的标准差(StandardDeviation)分别为3．584MPa，10．884MPa，0．146％，0．043％，相应的平均值标准误差(StandardErroroftheMean)分别为1．267MPa，3．628MPa，0．049％，0．O14％，因此测得的平均值是可信