A356鋁合金的組織與性能研究

1、A356鋁合金的組織與性能研究目 錄摘要IXAbstractIX1 緒 論11.1 引言11.2 鋁及其合金概述11.3 熱處理工藝21.4 A356鋁合金研究現(xiàn)狀31.5 主要內(nèi)容42 實驗方法及過程42.1 合金成分42.2 試樣制備和熱處理方法42.2.1 試樣切割42.2.2 熱處理52.3 金相觀察62.3.1 金相試樣的制備62.3.2 金相觀察72.4 力學性能的測試72.4.1 硬度測試72.4.2 拉伸性能測試73 實驗結(jié)果及分析83.1 金相組織觀察結(jié)果83.1.1 熱處理前的微觀組織83.1.2 熱處理后的微觀組織103.2 力學性能分析113.2.1 表面硬度113.2

2、.2 拉伸性能144 結(jié) 論15致 謝16參考文獻17百色學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信保證書19摘 要：對A356鋁合金分別進行金相觀察和力學試驗，研究其微觀組織及性能，同時探討熱處理方式對A356鋁合金組織與性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)枝狀晶比較粗大，分布松散，表面硬度、抗拉強度和屈服強度都較低，塑性較好。經(jīng)一定熱處理后，粗大共晶硅熔斷形成分布均勻、趨于球化的細小顆粒，除了塑性有所降低外，其他力學性能都有了顯著提高。最佳熱處理工藝為(560+6h)固溶+（180+4h)人工時效。關(guān)鍵詞：A356鋁合金；固溶處理；時效處理；力學性能；微觀組織Research on Microstructure and

3、 Properties of A356 Aluminum AlloyAbstract：The microstructures and properties of A356 aluminum alloy were investigated by means of optical metallography and tensile test. Meanwhile, the effects of heat treatment on microstructure were analyzed. The results show that the more coarse dendrites are eve

4、nly distributed, the lower hardness, tensile strength, yield strength and the greater plastic are obtained. The coarse dendrites are broken off, uniform distribution and granular after heat treatment. The mechanical properties have significantly improved except for ductility. The optimized solution

5、treatment for 6 hours at 560 and aging treatment for 4 hours at 180 are recommended.Key words：A356 aluminum alloy; Solid solution treatment; Aging treatment; Mechanical properties; microstructure1 緒 論1.1 引言材料是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱之一，其中，鑄造鋁合金在工程材料領(lǐng)域中又占有非常重要的地位。由于現(xiàn)代高科技材料的使用需要更多的優(yōu)良性能，力學研究也從宏觀力學分析

6、轉(zhuǎn)移到微觀組織結(jié)構(gòu)和宏觀力學性能之間的關(guān)系1。中國的汽車工業(yè)正處于快速發(fā)展時期，汽車行業(yè)正面臨著節(jié)約能源、環(huán)境保護和駕駛安全三大問題，使得汽車工業(yè)發(fā)展向著更安全、高速、舒適和環(huán)保的方向發(fā)展，減輕汽車重量是解決問題的很好辦法，這不可避免的導致鋁硅合金的市場需求量增加。強度和韌性較低是鋁硅合金鑄件目前存在的重要問題，實際生產(chǎn)中很容易產(chǎn)生夾雜物、氣孔等鑄造缺陷。隨著航空航天工業(yè)和汽車行業(yè)的快速發(fā)展，為順應(yīng)人類社會對節(jié)約能源和環(huán)境保護的要求，工業(yè)部門更迫切追求高強度的材料，新的高強度高韌性鑄造鋁-硅合金的研究與開發(fā)必將成為近年來研究的熱點。上世紀70年代，美國研制了A356系列鋁合金，是一種被廣泛應(yīng)用

7、的鑄造鋁-硅-鎂系合金，流動性和氣密性都較好，而且收縮率和熱裂傾向比較小，經(jīng)過一定變質(zhì)和熱處理后，具有良好的力學性能、物理性能、耐腐蝕性能和較好的機械加工性能，用途廣泛2-3。比如其在經(jīng)過T6熱處理后，被廣泛應(yīng)用于諸如汽車制造業(yè)的輪轂、發(fā)動機缸體和航空航天工業(yè)中一些大型薄壁結(jié)構(gòu)的零件等重要部件，這樣不僅有效減輕了零部件自身重量，而且價格適中，回收率高。然而，由于鋁液在熔融狀態(tài)時容易吸氫，同時，凝固過程中有一定程度的收縮，因此鑄造出來的鋁合金構(gòu)件一般都存在一定數(shù)量的孔洞、氧化物和非金屬夾雜物等缺陷，這些缺陷對構(gòu)件的力學性能有較大影響。所以，通過研究其微觀組織對性能的影響，對優(yōu)化微觀組織獲得具有良

8、好綜合性能的高強度鋁合金及擴大使用領(lǐng)域，具有重要的理論意義和使用價值。1.2 鋁及其合金概述鋁是一種人們既熟悉又常接觸到的金屬材料。鋁是化學元素周期表中位于第三周期的主族元素，也是地殼中分布第三位的元素，僅次于氧和硅。據(jù)統(tǒng)計，地殼中其余有色金屬含量的總額都沒有鋁含量多。鋁之所以具有很高的塑性（：3240%，：7090%），那是因為它的微觀機構(gòu)是面心立方結(jié)構(gòu)。純鋁的密度大約是鐵的1/3（鋁 =2.7g/cm3），抗腐蝕性能好，熔點低，因為其強度很低，純鋁不宜作結(jié)構(gòu)材料，退火狀態(tài) b 值約為8kgf/mm2。除去部分用于冶煉和特殊用途外，原鋁和再生鋁90%以上要添加其他元素配成各種合金，通過鑄造、

9、軋制等一系列加工方式加工成不同用途和性能的鑄件、板材和箔材等。鋁合金是當前工業(yè)中使用范圍最廣的結(jié)構(gòu)材料之一，經(jīng)過長期的科學實驗和實際生產(chǎn)，通過往純鋁中加入一定量合金元素及運用一定的熱處理方式對鋁進行強化，得到了一系列型號的鋁合金，不僅保持純鋁質(zhì)輕等原有的良好性能，而且彌補其強度、硬度等力學性能上的不足。采用鋁合金作為焊接材料，其重量比用鋼材做焊接材料減輕50%以上。鋁合金不僅密度低，強度與優(yōu)質(zhì)鋼材不相上下，而且具有良好的塑性、導電、導熱和抗蝕性，可通過不同加工方式加工成各種型材、板材和線材，在工業(yè)使用量上僅次于鋼4。鋁合金分兩大類：一種是鑄造鋁合金，在鑄態(tài)下使用；另一種是變形鋁合金，能承受壓力

10、加工，可加工成各種形態(tài)、規(guī)格的鋁合金。1.3 熱處理工藝鋁合金鑄件的熱處理是指把鑄件放在一定的介質(zhì)中，通過控制加熱溫度、保溫時間和冷卻速度，改變鑄件微觀組織結(jié)構(gòu)，從而達到提高其力學性能、增強耐腐蝕性能、改善加工性能，獲得尺寸的穩(wěn)定性的目的。鋁合金鑄件的熱處理工藝可以分為如下三類5：（1）退火處理：將鋁合金鑄件加熱到約為 300上下的較高的溫度，在此溫度下保溫一定的時間后，隨爐冷卻至室溫，得到趨于或達到平衡狀態(tài)的組織，以獲得更好的工藝和使用性能的熱處理工藝稱為退火。在退火期間，固溶體破裂分解，可以很大程度上消除鑄件在鑄造和機械加工過程中殘留的內(nèi)應(yīng)力，使鑄件尺寸穩(wěn)定，不易變形，增強鑄件的塑性。（2

11、）固溶處理：把鑄件加熱到不超過共晶體熔點的盡可能高的溫度，保溫一定的時間，使強化相得到最大限度的溶解，然后快速冷卻得到過飽和固溶體的熱處理工藝稱為固溶處理，也稱淬火。對于Al-Si-Mg 類鑄造鋁合金，固溶處理后，能有效增強鋁合金強度和耐蝕性。對于還需要人工時效的鋁合金，固溶處理能較好的提高材料的塑性。固溶處理效果好壞主要由于下列三個因素決定：1）固溶處理的溫度：在不超過共晶體熔點的情況下，溫度越高，強化相溶解速度越快，快速冷卻后強化效果就越明顯。2）保溫時間：剩余相的溶解速度決定保溫時間，溶解速度又由鋁合金的成分、組織、鑄造方法決定。3）冷卻速度：固溶處理后鑄件的冷卻速度越大，高溫狀態(tài)得到的

12、過飽和固溶體也就越多，其鑄件力學性能也就越好，同時鑄件內(nèi)殘留的內(nèi)應(yīng)力也就越大，使鑄件的尺寸不穩(wěn)定。（3）時效處理：為消除固溶處理后的鑄件殘余的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，把鑄件重新加熱（100-250），保溫一定時間后，放在空氣中讓鑄件緩慢冷卻至常溫的熱處理工藝稱為時效。1.4 A356鋁合金研究現(xiàn)狀國內(nèi)外對鋁硅系鑄造鋁合金做了許多研究，比如宛農(nóng)6等人研究分析了Al-Si-Mg系鋁合金熱處理工藝對合金的力學性能的影響，得出固溶和時效溫度分別處在 525550和 150200的范圍時，力學性能基本能滿足使用需要。當材料處于非平衡條件下時，Mg2Si強化相會在含較多Si、Mg的 相枝狀晶間優(yōu)先形成，實際時效

13、處理溫度及保溫時間應(yīng)根據(jù)鋁合金的 Mg 含量來做出相應(yīng)的調(diào)整。王尚清7研究分析了 A356.0 鋁合金的熱處理工藝，探討了時效溫度和保溫時間與合金抗拉強度和延伸率之間的規(guī)律，當時效溫度一定時，保溫時間和抗拉強度趨于正比例關(guān)系，和延伸率呈反比例關(guān)系，保溫時間一定時，時效溫度與抗拉強度和延伸率的規(guī)律與時效溫度一定時相似。余忠土8等人研究了 A356 鋁合金半固態(tài)成形件在經(jīng)T6 熱處理后的原始強化相和析出的一部分強化相，起主要作用的是后者，還得出隨著時效時間的延長，析出的強化相越多，硬度越高，但時效時間超過一定時間后，就會出現(xiàn)過時效，硬度反而下降。冉廣9-10等人研究分析了 A356 鋁合金的微觀組

14、織、拉伸性能及其斷口形貌，得出鑄A356鋁合金在經(jīng)T6熱處理后，抗拉強度屈服強度與離澆道口平面距離成反比例關(guān)系，延伸率則變化不是很明顯，研究分析了其拉伸斷口發(fā)現(xiàn)其斷裂是韌性斷裂和脆性斷裂兩種不同模式的混合。Jacques Stolarz11等人研究分析了Al-Si系鑄造鋁合金低周疲勞斷裂存在的微觀影響因素后指出 Al-Si 系鋁合金的斷裂紋穿過其表面形核并在共晶鋁層中擴展。上官曉峰12等人研究分析了 A356 鋁合金拉伸性能，發(fā)現(xiàn)其裂紋都是出現(xiàn)在材料的鑄造缺陷處。李建國13等人研究分析得出鑄造鋁合金材料中最薄弱的區(qū)域是-Al 的二次枝晶臂之間的枝狀共晶體，裂紋源是Si 顆粒中尺寸最粗大的首先發(fā)

15、生斷裂形成的。Buffiere J Y14等人研究分析了鑄造時產(chǎn)生疏松與 A1-Si7-Mg0.3 鋁合金的疲勞機理的關(guān)系。1.5 主要內(nèi)容關(guān)于鋁硅系鑄造鋁合金的研究主要集中優(yōu)化合金成分和熱處理工藝及對熔煉和鑄造工藝的改進等方面，但系統(tǒng)的研究其微觀組織、 缺陷以及合金在室溫環(huán)境下的力學性能的研究相對較少。未經(jīng)熱處理的A356鋁合金，其樹枝狀共晶硅比較粗大，分布不均勻，很大程度上降低了力學性能，但也是其具有較好的塑性，本文在室溫下對A356鋁合金分別進行金相觀察，硬度和拉伸實驗，研究其微觀組織及性能，同時探討熱處理方式對A356鋁合金組織與性能的影響，優(yōu)化A356熱處理工藝。2 實驗方法及過程2

16、.1 合金成分實驗的研究材料為某工廠生產(chǎn)提供的A356合金錠，其主要化學成分如表2.1所示：表2.1 A356合金錠的化學成分(Wt.%)元素SiCuMnMgFeZnPbTiSnAl含量0.10.050.160.050.050.05余量2.2 試樣制備和熱處理方法2.2.1 試樣切割采用型號為DK7745的電火花數(shù)控線切割機床，把塊狀A(yù)356合金錠切割成尺寸為5×10×20（mm)的小塊試樣和6塊尺寸為圖2.1 的非比例拉伸試樣。圖2.1 拉伸試樣尺寸(mm)2.2.2 熱處理(1) 固溶處理：將切割好的小塊合金試樣，分九組，放于型號為SK-5-13的箱式電阻爐中加熱，保溫

17、一定時間后，拿出電阻爐，于溫度為90的水中快速冷卻。固溶溫度和保溫時間如表2.2所示：表2.2 固溶溫度及保溫時間1#2#3#4#5#6#7#8#9#固溶溫度/500500500530530530560560560保溫時間/h468468468(2) 時效處理：把固溶后的小塊合金試樣標記好，每組拿出一個組成新的一組，一共九組，時效處理為單級時效，合金試樣在固溶處理后，放置在空氣中靜置12h，再放于型號為SK-5-13的箱式電阻爐中加熱到一定的時效溫度，保溫一定時間后，拿出放在空氣中自然冷卻。時效溫度和保溫時間如表2.3所示：表2.3 時效溫度及保溫時間1#2#3#4#5#6#7#8#9#時效溫

18、度/140140140160160160180180180保溫時間/h246246246(3) 通過對固溶、時效處理的試樣進行金相組織觀察與硬度測試，選出硬度最好的熱處理工藝，得出最佳的熱處理工藝為(560/6h)固溶+（180/4h)人工時效。拉伸試樣在該工藝下熱處理后再進行拉伸實驗。2.3 金相觀察2.3.1 金相試樣的制備金屬材料在經(jīng)過特殊處理（粗加工、鑲嵌、磨光、拋光和浸蝕）后，通過金相顯微鏡觀察研究其微觀組織和缺陷的方法，叫顯微分析法15。金相顯微分析是一種非常重要的研究分析金屬材料微觀組織的方法。在實際生產(chǎn)和科研實驗中，通過金相顯微鏡來觀察研究金屬材料的微觀組織是一種不可缺少的手段

19、，它能解決金屬材料微觀組織方面的諸如晶粒的形狀和大小、裂紋以及熱處理工藝是否合理等問題。金相試樣的制取是十分關(guān)鍵的一步，如果制取不當，就可能觀察不到金屬材料的真實組織，從而得出錯誤的結(jié)論。顯微試樣的制備過程包括：取樣、粗加工（磨平）、鑲嵌、磨光、拋光和浸蝕。(1) 取樣、粗加工及鑲嵌（鑲樣）金相試樣取樣時，根據(jù)研究的目的選擇取樣位置及觀察面截取部位，同時要保證試樣觀察面的微觀組織在切割時不發(fā)生變化，試樣必須能夠描述測試材料的性質(zhì)。本實驗的試樣使用電火花數(shù)控線切割機床切割，經(jīng)砂紙打磨后，表面較平整。(2) 磨光試樣因切割時面較平整，可直接用砂紙進行細磨。磨樣時，所用砂紙的沙粒要由粗到細。將砂紙先

20、用水沖洗一下置于水平桌面上。一手輕壓砂紙，一手握住試樣，將待磨面輕壓在砂紙上向前推進，壓力要盡可能適當均勻，以保證磨面平整，切忌來回磨削。如此反復(fù)磨削，直至上一道磨痕完全消失。每次更換砂紙時，試樣均需旋轉(zhuǎn)90°，便于把上一道劃痕磨去，且操作者的手、試樣及桌面要清洗干凈，以免殘留沙粒影響細磨效果，一般要用四五種不同規(guī)格的砂紙。(3) 拋光拋光的目的是去除細磨時殘留的細微磨痕得到更為光亮的磨面。實驗用機械拋光，拋光盤轉(zhuǎn)速一般為600轉(zhuǎn)/分，把細帆布、呢絨等織物平鋪在拋光盤面上。拋光時先在拋光盤抹上含有金剛石微粒的拋光膏進行粗拋，然后再用含有粒度更細的Al2O3或Cr2O3等的拋光膏進行細

21、拋。拋光時手要握緊試樣，把試樣磨面輕壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上并與之均勻接觸。(4) 浸蝕金相試樣在經(jīng)過浸蝕后，微觀組織可以更加清晰呈現(xiàn)出來，便于觀察。實驗所用的浸蝕液為0.5%的氫氟酸水溶液，浸蝕時間為10-15s，然后用清水沖洗，再用沾有酒精的棉花擦拭，最后用電吹風吹干即可。2.3.2 金相觀察所用的是型號為MX-6RT的金相顯微鏡，它除了有顯微鏡，還配備有一臺電腦，觀察后拍的照片可以直接上傳電腦。利用顯微鏡對所有待觀察試樣金相觀察拍照，主要觀察試樣的微觀組織形態(tài)及所存在的缺陷類型。2.4 力學性能的測試2.4.1 硬度測試試樣進行的是布氏硬度測試，用的是型號為HB-3000C的電子布氏硬度計。首

22、先打開電子布氏硬度計電源，進入“準備實驗狀態(tài)”，按“MENU”鍵選取合適的實驗參數(shù)（鋼球直徑為10mm，載荷為500Kgf，實驗力為4.903KN，試驗力保持時間為15s，施加實驗力時間為8s)，按“ENTER”鍵確定；然后按“STARE”鍵開始實驗；一個試樣測試三次，再用配套的顯微讀數(shù)測量儀器分別讀出它們的壓痕直徑，再查金屬布氏硬度數(shù)值表讀出相應(yīng)的硬度值，最后取平均值。2.4.2 拉伸性能測試試樣使用的是型號為WDW-100的微機控制電子萬能實驗機來做拉伸實驗。首先用游標卡尺分別測量試樣的長、寬和厚三次，求出平均值；然后開啟微機控制電子萬能實驗機和配套的電腦，調(diào)節(jié)夾具把試樣夾裝好，在電腦控制

23、面板上把實驗速度調(diào)整為2mm/min，按下“運行”按鈕，待試樣被拉斷后，按下“停止”按鈕，把試樣尺寸數(shù)據(jù)輸入電腦，并自動計算數(shù)據(jù)，記錄下抗拉強度、屈服強度和延伸率，最后取出試樣。3 實驗結(jié)果及分析3.1 金相組織觀察結(jié)果3.1.1 熱處理前的微觀組織A356鋁合金的組織以共晶硅和初生(A1)基體為主，還有一部分在熔煉和鑄造過程中產(chǎn)生的缺陷，包括縮孔、夾雜、氣孔和氧化膜等，它們的種類、數(shù)量多少、尺寸大小和組織分布對合金的性能影響很大。圖3.1為合金的原始組織金相組織照片。照片顯示共晶硅晶粒比較粗大，共晶硅形態(tài)一般呈現(xiàn)樹枝狀，其形成原因是高溫鋁液在冷卻成型時由于局部存在溫度梯度，使得過冷度有一定差

24、別，晶粒成長多呈樹枝狀。而且較快的冷卻速度，各組分不同的析晶溫度，導致原子在固相中來不及擴散，結(jié)晶存在前后順序，最終在枝晶間出現(xiàn)成分偏析。所以在原始組織的微觀組織中，能觀察到樹枝狀晶粒。在高倍光學顯微鏡下觀察時，成分偏析現(xiàn)象還是很明顯的，主要表現(xiàn)為顏色深淺不一的帶狀分界，顏色較深的其中的銅元素含量較高。研究表明16-17，鑄件在凝固過程中的凝固速率決定了樹狀枝晶尺寸大小。在凝固過程中，如果不能很好的控制冷卻速率，形成的樹狀枝晶就會比較粗大，在一定外加載荷作用下，樹狀枝晶壁間的脆弱區(qū)域，就會成為裂紋萌生源，降低了合金的力學性能。圖3.1 A356 原始組織（100倍）氧化膜（如圖3.2 中的A）

25、是合金在熔煉和鑄造過程中，高溫的金屬液表面始終與空氣接觸，一直進行著氧化反應(yīng)生成氧化膜，當攪拌不當時，氧化膜就會進入金屬液，除渣不徹底殘留下來的氧化膜，或是熔煉時所用原材料（純鋁、中間合金等）殘留的氧化膜，它多是片狀，顏色較淺?？锥矗ㄈ鐖D3.2 中的B)的形成是鑄造鋁合金需要迫切解決的主要問題之一?？锥词窃斐珊辖鹆W性能下降的主要因素，而且容易使合金的致密度下降，鑄件表面易產(chǎn)生凹痕，不僅影響金屬的連續(xù)性，而且在鑄件使用過程中容易導致應(yīng)力集中，最終在凹痕處斷裂?？锥捶挚s孔和氣孔兩種，縮孔主要是合金在鑄錠凝固過程中，金屬液在液固轉(zhuǎn)換時體積差沒有能夠及時補充而形成的，多為不規(guī)則形狀，顏色較深。而氣孔

26、是金屬液中除氣不徹底殘留的氣體凝固后形成的，其形狀多為球形，顏色較深。Anson和Gruzleski18用定量分析的方法研究分析了縮孔和氣孔的差別，并總結(jié)得出兩個孔隙形成的因素：金屬液液固轉(zhuǎn)化過程中枝晶間液體體積差得不到及時補充而形成的縮孔和由于凝固過程中氫氣溶解度的降低而導致的氫氣泡的形成(氣孔)。比較典型的縮孔周圍一般都環(huán)繞著枝晶和共晶相(針狀Si)，形狀較大并且不規(guī)則的孔洞；而比較典型的氣孔為單個分散的、橫截面為圓形的孔洞。非金屬夾雜（如圖3.2 中的C）是合金在熔煉和鑄造過程中，除渣不徹底，殘留的溶劑、爐襯、爐渣和油污等所產(chǎn)生的夾雜，它沒有固定形狀，多為塊狀，顏色較其他組織淺一些。圖3

27、.2 A356的缺陷（200倍）3.1.2 熱處理后的微觀組織A356 合金經(jīng)過固溶時效處理后，其樹枝狀共晶硅熔化斷裂，形成形狀趨于球形的更為細小的共晶硅顆粒，且在組織中的分布較熱處理前更為均勻。由圖3.3得，當固溶處理、時效溫度相同時，隨著時效保溫時間的延長，其枝狀共晶硅熔斷形成趨于球狀顆粒更加充分，分布更為均勻。與圖3.1相比，經(jīng)一定熱處理后，A356鋁合金的枝狀共晶硅會熔斷基本消失，形成球狀顆粒，這也是其力學性能有顯著提高的根本原因。保溫4h保溫6h保溫8h圖3.3 A356經(jīng)560、6h固溶及180時效的組織（200倍）3.2 力學性能分析3.2.1 表面硬度采用布氏硬度測試方法，在每

28、個試樣上打三個點，測量壓痕直徑，對照金屬布氏硬度數(shù)值表查出相應(yīng)的硬度值，結(jié)果如下表3.1、表3.2、表3.3所示。表3.1 未經(jīng)熱處理試樣表面硬度/HB試樣編號1#2#3#平均值173.572.072.372.9表3.2 固溶處理后試樣表面硬度/HB試樣編號1#2#3#平均值500/4h53.354.750.252.7500/6h55.454.859.456.4500/8h53.455.854.454.5530/4h59.458.361.759.8530/6h66.465.566.466.8530/8h61.361.762.561.8560/4h65.964.665.565.3560/6h68

29、.668.269.168.6560/8h67.367.766.867.2表3.3 560固溶后160不同保溫時間時效處理試樣的表面硬度/HB試樣編號1#2#3#平均值560/4h，2h81.380.680.680.8560/4h，4h81.180.981.281.1560/4h，6h79.981.281.080.7560/6h，2h83.284.083.683.4560/6h，4h85.385.785.985.6560/6h，6h83.683.583.383.5560/8h，2h82.381.682.482.1560/8h，4h82.583.684.083.4560/8h，6h81.782.5

30、82.482.2圖3.4 固溶后的表面硬度 圖3.5 時效溫度(160)后的表面硬度由上表數(shù)據(jù)可知，實驗結(jié)果最大相差4.5，這可能是由于試樣組織的局部不均勻造成，硬度較大的，其單位面積上的共晶硅較多，反之，硬度小的就少一點，其他的，可以看做是實驗誤差所致19。由圖3.4 得，A356鋁合金在熔化溫度（580620）以下溫度做固溶實驗，在固溶溫度一定時，隨著保溫時間的延長，表面硬度存在先上升，后下降的趨勢，那是因為，鑄態(tài)合金錠再次加熱時，第二相融入過飽和固溶體，晶粒吸收能量繼續(xù)生長，使得晶粒變粗，在能量吸收飽和后，晶粒又會破裂形成更小的晶粒。實際擠壓鑄造生產(chǎn)中，可以選硬度較低的固溶處理（500+

31、4h)，可有效減小擠壓力，還可以節(jié)省能耗。時效處理中，堅硬的第二相逐漸從過飽和固溶體中析出，分布在各組織晶粒中，與基體呈共格關(guān)系，導致晶格出現(xiàn)一定的畸變，增加了位錯移動的難度，產(chǎn)生硬化的效果，稱為時效硬化。但是如果時效時間過長，就會導致試樣內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力被大量釋放，金屬變軟；時間過長還會影響第二相與基體的共格關(guān)系，導致過時效。兩者共同作用，使得硬度反而下降，圖3.5 很明顯的體現(xiàn)了這樣的變化，在2-6h過程中，時效效果使試樣硬度上升，在6h時達到最佳，超過6h后，呈過時效，硬度反而下降。3.2.2 拉伸性能拉伸試樣所得數(shù)據(jù)如表3.4 所示，5號樣實驗失敗，經(jīng)觀察為在試樣加工時，試樣邊沿出現(xiàn)較大氣

32、孔，使試樣邊沿出現(xiàn)凹區(qū)，且不在拉伸區(qū)，在實驗過程中，可能引起應(yīng)力集中在凹區(qū)，最終斷裂，使實驗失敗。表1 拉伸實驗數(shù)據(jù)實驗編號抗拉強度/M Pa屈服強度/M Pa延伸率/%1190.43182.3210.462195.34185.2012.003196.86187.439.334222.00216.308.0156228.16220.608.67注：1、2、3號樣未經(jīng)熱處理比較熱處理前后試樣的抗拉強度、屈服強度后發(fā)現(xiàn)，熱處理后抗拉強度和屈服強度有了明顯提高，分別提高了16.8%、19.1%，但其延伸率下降了18.4%，其力學性能在熱處理前后有所變化，主要是試樣在經(jīng)一定熱處理后，一部分非平衡相Mg

33、2Si被析出，且經(jīng)固溶處理后，樹枝狀共晶硅熔化斷裂形成更為細小的趨于球狀且在組織中分布更為均勻的顆粒，時效處理后析出堅硬的第二相，從而提高了試樣的抗拉強度和屈服強度，但在力學性能提高的同時，試樣的塑性也有所下降。4 結(jié) 論(1) A356鋁合金的組織以共晶硅和初生(A1)基體為主，還有一部分在熔煉和鑄造過程中產(chǎn)生的缺陷，包括縮孔、夾雜、氣孔和氧化膜等，其共晶硅在組織中多為枝狀，形狀比較粗大，分布較為松散，表面硬度、抗拉強度和屈服強度較低，但塑性較好，因為還存在成分偏析，其組織還有一些顏色深淺不一的帶狀分界。(2) A356 合金固溶處理中，鑄態(tài)合金錠因為再次加熱，第二相融入過飽和固溶體，晶粒吸

34、收能量繼續(xù)生長，使得晶粒變粗，在能量吸收飽和后，晶粒又會破裂形成更小的晶粒，在固溶溫度一定時，隨著保溫時間的延長，表面硬度存在先上升，后下降的趨勢。時效處理中，堅硬的第二相逐漸從過飽和固溶體中析出，分布在各組織晶粒中，與基體表現(xiàn)為共格關(guān)系，導致晶格出現(xiàn)一定的畸變，增加了位錯移動的難度，產(chǎn)生硬化的效果，但是如果時效時間過長，就會導致試樣內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力被大量釋放，時間過長還會影響第二相與基體的共格關(guān)系，導致過時效。兩者共同作用，使得硬度反而下降。(3) 最佳熱處理工藝為固溶處理（560+6h）+人工時效（160+4h）。致 謝首先，感謝在遠方的父母，你們辛苦二十余載，把我養(yǎng)育成人，生活上無微不至的關(guān)

35、懷和精神上的鼓勵是我努力的源泉。本文自始自終是在導師黃彩敏的指導下完成的。本文從選題、試驗設(shè)計及試驗過程指導直到最后論文的定稿都得到了黃老師指點和幫助。無論是在知識的授予還是在試驗的指導上，黃老師都傾注了大量的精力，給了我很大的支持，對此我在這里表示最真誠的感謝。這次試驗及后期數(shù)據(jù)處理，蔡怡嫻、羅澤昌及很多一起做實驗的同學的幫助，在此對他們表示由衷感謝。衷心的感謝四年大學中所有關(guān)心和幫助過我的老師和朋友們，感謝在百忙中抽出寶貴時間評審本論文的各位專家、老師們！參考文獻1 張雷. 鋁合金半固態(tài)流變鑄鍛成形技術(shù)基礎(chǔ)研究D. 武漢: 華中科技大學, 2012.2 J O Aweda, M B Ade

36、yemi. Determination of temperature distribution in squeeze cast aluminum using the semi-empirical equations methodJ, Journal of Materials Processing Technology 209 (2009) : 5751-5759.3 C H Fan, Z H Chen, W Q He, et al. Effects of the casting temperature on microstructure and mechanical properties of

37、 the squeeze-cast Al-Zn Mg-Cu altoyJ. Journal of alloys and compounds, 2010, 504: L42-L45.4 孫玉福. 新編有色金屬材料手冊M. 機械工業(yè)出版社, 2010, 36(3): 28.5 夏立芳. 金屬熱處理工藝學M. 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 2009, 17(1): 30-33.6 宛農(nóng), 董建新, 謝錫善. AlSi7Mg系鋁合金組織的熱力學分析J. 特種鑄造及有色合金, 2005, 25(6): 30-33.7 王尚清. A356.0鋁合金熱處理工藝研究C. 全國典型零件熱處理技術(shù)及物理冶金學術(shù)年會論文.8 余忠土, 張恒華, 邵光杰等. 熱處理對鋁合金半固態(tài)成形件組織與性能的影響J.理化檢驗-物理分冊, 2002, 38(11): 199-201.9 冉廣, 周敬恩, 王永芳. 鑄造A356 鋁合金的拉伸性能及其斷口分析J. 稀有金屬材料及工程, 2006, 35(10): 160-165.10 冉廣, 周敬恩, 王永芳等. 鑄造A356 鋁合金的微觀組織及其拉伸性能研究J. 金屬熱處理, 2007, 32(3): 136-140.11 Jacques Stolarz, Olivie