Mg、Si含量对Al-Mg-Si合金显微组织与性能的影响

２０１１年９期　有色金属（冶炼部分）（ｈｔｔｐ：／／ｙｓｙ１．ｂｇｒｉｍｍ．ｏｎ）　・　４７　・　

ＤＯＩ：１０．３９６９’／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—７５４５．２０１１．０９．０１３　

合金元素对Ａｌ—Ｓｉ合金力学性能及组织的影响　

司乃潮　，马得勇　，吴勤方　，孙少纯　，刘光磊　，华雄飞　

（１．江苏大学材料科学与工程学院，镇江２１２０１３；２．苏州明智科技有限公司，苏州２１５２１７）　

摘要：采用正交试验方法研究Ｎｉ、Ｃｒ及Ｚｎ三种合金元素对Ａｌ一７．５Ｓｉ一３．５Ｃｕ一０．３５Ｍｇ亚共晶铸造铝硅合　

金力学性能影响，并用ＳＥＭ和ＥＤＸ对加入微量合金后的铸态组织进行观察与分析。结果表明，最优配　

比为Ｎｉ０．ｏｚＣｒ。．。。Ｚｎ　。在合金铸态组织中，Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎ元素形成复杂的灰白色短棒状或粒状ｍ相，中和　

了Ｆｅ的有害作用，并且在合金拉伸变形时，可以阻碍位错的运动，对合金基体有一定的强化作用。　

关键词：正交试验；微合金化；显微组织；力学性能　

中图分类号：ＴＧ１４６．２。。１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—７５４５（２０１１）０９—００４７—０５　

Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ａｌｌｏｙｉｎｇ　Ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　

Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＡＩ—Ｓｉ　Ａｌｌｏｙ　

ＳＩ　Ｎａｉ—ｃｈａｏ　，ＭＡ　Ｄｅ—ｙｏｎｇ　，ＷＵ　Ｑｉｎｇ—ｆａｎｇ　，ＳＵＮ　Ｓｈａｏ—ｃｈｕｎ　，ＬＩＵ　Ｇｕａｎｇ—ｌｅｉ　，ＨＵＡ　Ｘｉｏｎｇ～ｆｅｉ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ　２１２０１３，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｕｚｈｏｕ　Ｍｉｎｇｚｈｉ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｓｕｚｈｏｕ　２１５２１７，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）　

第３６卷第６期　２０１３年　１１月　兵器材料科学与工程　ＯＲＤＮＡＮＣＥ　ＭＡＴＥＲＩＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖ０１＿３６　Ｎｏ．６　Ｎｏｖ．，２０１３　

网络出版时间：２０１３／１０／３１　１６：１７：２９　网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ￣ｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３３．１３３１．ＴＪ．２０１３１０３１．１６１７．００５．ｈｔｍｌ　

Ｍｇ、Ｃｕ、Ｓｉ元素含量对过共晶铝硅合金组织号陛能的影响　

迟长志，燕永文，崇振，战春阳　

（辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁阜新１２３０００）　

摘要以纯镁、纯铝、结晶硅、Ａ１－５０％Ｃｕ中间合金为原材料，采用电阻炉熔化重力浇注法制备不同成分的过共晶铝硅合　

金。采用正交试验方法，探讨合金固溶时效处理后不同含量的１５％一２１％Ｓｉ、１．５％～２．０％Ｃｕ、０．３％　０．７％Ｍｇ合金元素对过　

共晶铝硅合金硬度的影响；利用金相显微镜观察不同元素含量的过共晶铝硅合金的组织，用ｘ线分析其相组成，用磨损　

试验机测试质量损失。结果表明：最佳配比为１．５％Ｃｕ、０．７％Ｍｇ、２１％Ｓｉ，其相组成为ｏＬ—Ａ１基体、初晶硅相和共晶硅相以　

及Ｍｇ２Ｓｉ和Ａｌ：ｃｕ相，布氏硬度达到１３２ＨＢ，耐磨损性能较高但冲击韧性下降。　

关键词过共晶铝硅合金；微观组织；相组成；冲击韧性；耐磨性　

中图分类号ＴＧ１４６．２　文献标志码Ａ　文章编号１００４—２４４Ｘ（２０１３）０６—００５５—０３　

Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｍｇ，Ｃｕ，Ｓｉ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｈｙｐｅｒｅｕｔｅｃｆｉｃ　Ａ１－Ｓｉ　ａｌｌｏｙｓ　

ＣＨＩ　Ｃｈａｎｇｚｈｉ，ＹＡＮ　Ｙｏｎｇｗｅｎ，ＣＨＯＮＧ　Ｚｈｅｎ，ＺＨＡＮ　Ｃｈｕｎｙａｎｇ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬｉａｏｎｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｘｉｎ　１２３０００，Ｃｈｉｎａ）　

多道次ＥＣＡＥ动态成型Ａ１一Ｍｇ－Ｓｉ合金导线组织与性能／周天国等　・　１７　・　多道次ＥＣＡＥ动态成型Ａｌ—Ｍｇ－Ｓｉ合金导线组织与性能　周天国，陈田田，苏　鑫，徐　瑞，吴晓玉，胡　静　（沈阳大学机械工程学院，沈阳１１００４４）　摘要　借助Ｓ４８００扫描电子显微镜、Ｐｈｉｌｉｐｓ　ＤＭ４２ｏ透射电子显微镜、ｓＡＮＳ　ＣＭＴ５１０５电子万能材料试验机和　『４８双臂直　流电桥，研究了多道次ＥＣＡＥ动态成型Ａ１－Ｍｇ－Ｓｉ合金导线的组织与性能。结果表明：４道次ＥＣＡＥ动态成型可制备平均尺寸在１０　／ｚｍ左右甚至更小的ＡＩ—Ｍｇ－Ｓｉ合金导线晶粒。随着Ｍｇ、Ｓｉ含量的增加，合金导线的抗拉强度增大，伸长率与等效导电率降低。经　１６０￣１７０℃／７　ｈ时效处理后，Ａｌ—Ｏ．５９　Ｍｇ－０．５９　Ｓｉ合金导线的抗拉强度、伸长率和等效导电率分别为３０５．７１～３０９．６３　ＭＰａ，　４．７　～５．４　和５５．１８　ＩＡＣＳ～５６．３３　ＩＡＣＳ，与目前国产Ａ１－Ｍｇ－Ｓｉ合金导线（２９５　ＭＰａ，５２．５　ＩＡＣＳ）ａ￣比，导电性能显著提高。　关键词　ＡＩ—Ｍｇ－Ｓｉ合金导线多道次ＥＣＡＥ动态成型时效处理组织力学性能导电率　中图分类号：ＴＧ１５６　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—０２３Ｘ．２０１７．０８．００４　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ａｌ—Ｍｇ－Ｓｉ　Ａｌｌｏｙ　Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　Ｍｕｌｔｉ—ｐａｓｓ　ＥＣＡＥ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｆｏｒｍｉｎｇ　ＺＨＯＵ　Ｔｉａｎｇｕｏ，ＣＨＥＮ　Ｔｉａｎｔｉａｎ，ＳＵ　Ｘｉｎ，ＸＵ　Ｒｕｉ，ＷＵ　Ｘｉａｏｙｕ，ＨＵ　Ｊｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１００４４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ　ａｌｌｏｙ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｗｉｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｍｕｌｔｉ－ｐａｓｓ　ＥＣＡＥ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ￥４８００　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ），Ｐｈｉｌｉｐｓ　ＤＭ４２０　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＴＥＭ），ＳＡＮＳ　ＣＭＴ５　１０５　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ａｎｄ　０３４８　ｄｏｕｂｌｅ　ａｒｍ　ＩＸ２　ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｇｒａｉｎ　ｏｆ　Ａ１－Ｍｇ－Ｓｉ　ａｌｌｏｙ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｗｉｒｅ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ａｖｅｒａｇｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　１０　ｕｍ　ｏｒ　ｅｖｅｎ　ｓｍａｌｌｅｒ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　４　ｐａｓｓｅｓ　ＥＣＡＥ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｆｏｒｍｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｗｉｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　Ｍｇ，Ｓｉ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ　ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｄｅｃｒｅａｓｅ．Ａｆ—　ｔｅｒ　ｓｏａｋｅｄ　ａｔ　１６Ｏ一１７０℃ｆｏｒ　７　ｈ，ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａ１—０．５９　Ｍｇ－０．５９％Ｓｉ　ａｌｌｏｙ　ｃｏｎ—　ｄｕｃｔｏｒ　ｗｅｒｅ　ａｂｏｕｔ　３０５．７１—３０９．６３　ＭＰａ，４．７　一５．４　ａｎｄ　５５．１８　ＩＡＣＳ一５６．３３　ＩＡＣＳ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｈｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＣＯｎｄＵＣ－　ｔｉｖｉｔｙ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａ１－Ｍｇ－Ｓｉ　ａｌｌｏｙ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ａｒｅ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ＡＩ—＿Ｍｇ－Ｓｉ　ａｌｌｏｙ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ｗｈｏｓｅ　ｔｅｎ‘－　ｓｉｌｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ＣＯｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ａｒｅ　２９５　ＭＰａ　ａｎｄ　５２．５　ＩＡＣＳ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ）．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ａ１一Ｍｇ－Ｓｉ　ａｌｌｏｙ　ＣＯｎｄｕｃｔｏｒ．ｍｕｌｔｉ－ｐａｓｓ　ＥＣＡＥ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｆｏｒｍｉｎｇ，ａｇｉｎｇ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａ１　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　０　引言　Ａ１一Ｍｇ－Ｓｉ系铝合金导线因具有质量轻、抗拉强度大、弧　垂特性好等系列优点，成为架空导线中大跨越、远距离和全　铝合金输电的首选导电材料。随着十三五规划与“一带一　路”战略的实施，“一带一路”沿线国家电力工业欠发达，需建　设高质量电网等基础设施，对电力投资产生了较大刚性需　求；而我国特高压、智能电网等相关技术领域体系的进一步　完善对架空导线的质量提出了更高的要求，也迎来了我国电　网企业、电力建设企业新的发展机遇。生产高强度、高导电　率的优质导体，可有效减少铁塔的数量，节地、节材，降低投　资成本，实现绿色、环保输电ｌ＿１　］。开发高性能的Ａ１一Ｍｇ－Ｓｉ铝　合金导线是当务之急。Ｍ．Ｃａｉ等的研究表明ｌ－４］，ＥＣＡＥ独特　的大剪切变形，不仅能细化合金的晶粒，并且能促进合金中　强化相元素从合金基体中快速和较完全析出，加速动态形核　与时效过程中Ｍｇ。Ｓｉ相的球化，抑制ＭｇｚＳｉ强化相的选择性　长大，大大提高了合金的强度。为制备高性能铝合金导电材　料，本课题组自行设计、安装了一套连续ＥＣＡＥ实验装置，开　展了Ａ１一Ｚｒ合金导线ＥＣＡＥ成型研究，并取得了预期成　果　］。本实验所采用的ＥＣＡＥ动态成型装置原理如图１所　示。实验工艺过程为：首先将ＥＣＡＥ模具预热，然后将经过　加热的实验坯料和ＥＣＡＥ成型凹模表面涂上ＭｏＳ　润滑剂，　最后向下移动ＥＣＡＥ凸模（挤压杆），试样在凹模中运动并发　生９Ｏ。转角挤压变形。重复上述过程，实现多道次ＥＣＡＥ大　塑性变形。　本实验首先采用４道次ＥＣＡＥ动态时效成型制备Ａｌ—　Ｍｇ－Ｓｉ合金杆，然后将其挤压成　４　ｍｍ线材，最后进行人工　时效，研究制备导线的组织与性能变化，以期在实验中生产　出高强度、高导电性的ＡＩ－Ｍｇ－Ｓｉ铝合金导线，为生产高性能　铝合金导线开辟新途径。　＊国家自然科学基金（５１１７４１３９）　周天国：男，１９６４年生，博士，教授，主要从事铝及铝合金导电材料先进成型技术研究　Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｔｇ６４＠１６３．ｃｏｒｎ　陈田田：女，　１９９１年生，硕士研究生，主要从事新材料加工工艺与应用研究Ｅ－ｍａｉｌ：１５５２５８８４１９＠ｑｑ．ｃｏｒｎ

Ti-TiCN细化剂的含量对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响

作者：项雁玲 钱平平

来源：《科技风》2021年第09期

摘 要：本文研究了该Ti-TiCN复合细化剂对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响。试验结果表明：Ti-TiCN细化剂的加入使Al-0.6Mg-0.4Si的晶粒由树枝晶转变为等轴晶。当细化剂含量增加至0.25%wt，α-Al晶粒尺寸变小，树枝晶也变得更加细小。在性能方面，合金硬度随Ti-TiCN含量增加一直提高，添加0.5%wt细化剂后维氏硬度达到78HV，比未添加时提升了41.8%;未添加细化剂时Al-0.6Mg-0.4Si合金的抗拉强度为175MPa，当添加0.25%wt的细化剂时增加至212MPa，但细化剂含量继续增加时，抗拉强度又有所下降。

关键词：Ti-TiCN细化剂;Al-Mg-Si合金;晶粒细化

1 试验方法

将TiCN-Ti混合粉末进行球磨，使粉末充分混合。球磨后的粉体经再次烘干后，分别加入铝粉、钾盐、氯盐作为助熔剂，再次混合后放入模具中制备出Ti-TiCN復合细化剂。

将熔炼炉和坩埚进行烘炉处理，浇注用模具表面涂抹ZnO并预热至300℃。清洁工业纯铝表面，对Ti-TiCN细化剂、覆盖剂、精炼剂均进行烘干处理。最后分别熔炼未添加细化剂以及分别添加0.1%wt、0.25%wt和0.5%wt的Ti-TiCN复合细化剂的Al-0.6Mg-0.4Si样品。将铝锭放入熔炼炉加热至融化后使用精炼剂除杂，加入覆盖剂防止氧化。升温至730℃保温1h，用钟罩将细化剂块压入铝熔体中，保温一段时间后扒渣并浇注到模具中。将得到的样品进行微观组织分析和力学性能分析。

2 试验结果分析

2.1 细化剂对微观组织的影响

采用添加纳米颗粒的方式是有效的铝合金细化方法。纳米颗粒是否能在铝熔体中作为非均匀形核衬底，首先需要结晶相在纳米颗粒上形成尽可能小的润湿角，其次加入的纳米颗粒还应该在金属熔体中保持相对稳定。TiCN是一种具有优异性能的非氧化物材料，它具有熔点高、硬度高、抗氧化性好及化学稳定性好等一系列优点，在700℃以上的铝熔体中保温时，TiCN颗粒不会与铝熔体发生化学反应[1]。晶体结构方面，TiCN与铝都属于立方结构，并且它们的晶格常数十分接近，Al的晶格常数为0.4049nm，本实验所使用的TiC0.3N0.7晶格常数为0.4264nm。对于给定的纳米陶瓷颗粒，其与铝液的润湿角θ主要取决于结晶相与陶瓷颗粒之间的单位面积界面能σC/S。为了获得σC/S最低的界面，需要实现界面共格对应，这时界面能主要来自两侧点阵失配引起的点阵畸变，用错配度衡量[2]。经计算，（111）α-Al∥（111）TiCN和（001）α-A∥（001）TiCN的错配度低于10%，其界面能σC/S较低，所以Ti（C，N）颗粒有成为а-Al形核衬底的可能。