改良铝硅镁系铸造铝合金高温性能的研究

• 作 者: 艾香红
• 机 构: 广西大学
• 出 处: 广西大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 改良铝硅镁系 铸造铝合金 力学性能 热疲劳实验 抗氧化性

本文采用正交实验法，设计优选出一种以ZL101为基的改良铸造铝合金材料，并对其高温性能进行了研究，为实现材料的工业化生产和实际应用提供理论依据。　　
本文分析了改良材料和ZL101力学性能指标随温度的变化趋势。结果显示，改良材料无论常温下还是高温下均比ZL101具有更优良的力学性能。且改良材料在400℃仍有比较理想的力学性能，改善了传统AlSiMg系合金工作温度低的缺点。　　
利用金相显微镜和能谱对改良材料室温及400℃拉伸后的组织进行分析，结果表明：室温拉伸后的组织由α（Al）固溶体、共晶硅、Al2Cu、Al7（FeMnSi）3、Al6Cu3Ni和AlxV3CuRE组成。400℃拉伸后，组织发生明显变化，α（Al）固溶体和共晶硅都随温度升高聚集粗化，网络化结构消失，导致材料在高温下的抗拉强度降低；但是有新相Al16Si4NiCuRE和AlxSi3Cu2RE3V7生成，这两种物质都是富含稀土的复杂化合物，有利于提高材料的高温力学性能。　　
扫描电镜断口分析表明：随着温度的升高，材料断裂类型由脆性断裂为主的混合断裂转化为韧性断裂为主的混合断裂，最后转化为完全的韧性断裂。　　
热疲劳实验表明，ZL101经热疲劳实验后，宏观变形严重，并伴有一定得体积膨胀，这是由于加热和冷却过程，材料表面的加热速度和冷却速度不同，导致材料内部产生很大的热应力作用，材料发生变形。而改良材料的塑性好，在反复加热冷却过程中，所受的热应力在其弹性极限范围内，材料只发生弹性变形，在实验过程中没有发生不可逆变形。因此改良材料比ZL101具有更优良的抗热疲劳能力。　　
高温抗氧化实验结果表明：随着氧化时间的延长，材料表面的氧化膜逐渐长大、加厚，形成均匀、致密、完整的氧化膜，对基体有很好的保护性。材料300℃氧化动力学曲线遵循对数规律，400℃氧化遵循抛物线规律。在整个氧化过程中，与ZL101相比，改良材料的氧化膜形貌差别不大，说明热力学与动力学稳定性比较好，抗氧化性能比ZL101稍好。