摘 要：本文的研究背景及目標(biāo)：金屬產(chǎn)品在很大程度上是由原始熔體的結(jié)構(gòu)決定其本省的性能和組織，爐料的原始狀態(tài)對液態(tài)和固態(tài)合金的結(jié)構(gòu)有極大的遺傳影響。本課題主要從亞共晶鋁合金遺傳性的角度出發(fā)，系統(tǒng)地研究熱速處理過程中，過熱溫度對ZL114合金組織、力學(xué)性能影響，以及對第二相形態(tài)、尺寸、分布的影響，建立并優(yōu)化ZL114合金熱速處理工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：過熱溫度 影響

中圖分類號：TG1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0136-02

1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料采用的是工業(yè)用的鑄造Al-Si-Mg系列合金ZL114，運(yùn)用ICP的化學(xué)成分進(jìn)行分析測試，其具體成分如表1所示。

2 實(shí)驗(yàn)方案

在相同的冷卻條件下，冷卻到690 ℃澆注。

（1）將合金加熱到700℃～710 ℃冷卻到690℃澆注1爐，共2根試棒。

（2）將合金加熱到730 ℃～740 ℃時(shí)，進(jìn)行除氣，所用精煉劑為六氯乙烷，質(zhì)量為合金的0.3%～0.4%，靜置10 min后繼續(xù)加熱，直至升溫至760±5 ℃，保溫10 min，將其倒入另一小坩堝進(jìn)行快速冷卻，至690 ℃，攪拌后靜置澆注，冷卻時(shí)間為10 s。

（3）將合金加熱到850 ℃～860 ℃時(shí)，將其保溫10 min，然后將其倒入到另一個(gè)小坩堝內(nèi)，進(jìn)行快速冷卻，冷卻至690 ℃，同時(shí)冷卻的時(shí)間是20～25 s。

3 實(shí)驗(yàn)步驟

3.1 熔煉及澆鑄

坩堝電阻爐的爐膛為Φ200×250 mm，其型號為SG-5-12，在坩堝電阻爐中加熱至950 ℃，

按照實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行加熱，渣滓雜質(zhì)撈出，分別冷卻至690 ℃時(shí)在進(jìn)行澆注。最后，待溫度冷卻到位時(shí)，將砂型敲碎取出澆注好的試棒鋸下，進(jìn)行修剪，然后在用車床車成小棒狀進(jìn)行拉伸的實(shí)驗(yàn)備用。

3.2 拉伸實(shí)驗(yàn)

在INSTRON5706型實(shí)驗(yàn)機(jī)上測試延伸率、斷裂強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度等每個(gè)實(shí)驗(yàn)取三個(gè)試樣的平均值。

3.3 金相實(shí)驗(yàn)

使用的化學(xué)腐蝕劑是由50%工業(yè)無水乙醇，10%硝酸，20%鹽酸和20%過飽和的苦味酸配制而成，由于K3合金具有良好的抗腐蝕性，故采用腐蝕時(shí)間15 min。腐蝕方式：擦蝕。當(dāng)試樣表面剛剛變黑時(shí)，腐蝕結(jié)束，用清水沖洗，然后用蘸有酒精的棉球在試樣表面輕擦。在XJP-200和OlympusTG-3金相顯微鏡下觀察α相、共晶體α+Si的形貌和分布情況；采用Leica萬能定量金相顯微鏡及圖像處理與分析系統(tǒng)測量凝固組織的枝晶間距、相的厚度和相的體積（面積）百分?jǐn)?shù)（如表2，3）。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

表4中，由試樣經(jīng)過700 ℃處理的拉伸強(qiáng)度為177 MPa，合金熔體經(jīng)850 ℃熱速處理試棒的抗拉強(qiáng)度為181 MPa，可以看出：相對于700 ℃處理的試樣的屈服強(qiáng)度有所減小，但拉伸強(qiáng)度有所增加，拉伸韌性提高。經(jīng)950 ℃熱速處理的試樣的拉伸性能，抗拉強(qiáng)度也只有184 MPa。但是合金熔體經(jīng)740 ℃熱速處理試棒的拉伸性能，與原始材料相比，屈服強(qiáng)度明顯增加，盡管未經(jīng)熱處理過程，但是其拉伸強(qiáng)度高達(dá)188 MPa。是一項(xiàng)非常大的突破。

第一個(gè)為原材料的700 ℃處理的試樣，延伸率只有2.4%。第二個(gè)為合金熔體經(jīng)740℃熱速處理試棒，延伸率增加，拉伸韌性提高。第三個(gè)為合金熔體經(jīng)850℃熱速處理試棒的拉伸性能，延伸率降低為3.6%。第四個(gè)為樣品經(jīng)950℃熱速處理的拉伸性能，表現(xiàn)為相當(dāng)高的韌性，延伸率為4.3%。

從表4中可以看出，ZL114合金的抗拉強(qiáng)度和相對延伸率均在熱速處理工藝后比原始材料增大，其韌性都大大的增大。尤其是經(jīng)過740℃熱速處理的試樣，相對延伸率非常高，其抗拉強(qiáng)度也很好。

4.2 金相實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖1為ZL114合金熔體經(jīng)不同溫度熱速處理后保溫10 min后迅速降溫至690 ℃澆鑄的顯微組織。比較圖1（a）（b），不難發(fā)現(xiàn)α枝晶臂隨著處理溫度的升高而由粗大變得細(xì)小，在700 ℃時(shí)α枝晶臂較長，且呈明顯的長短不一，分布也不均勻，而在740 ℃處理之后，α枝晶臂與前相比變短且均勻了；隨著溫度的增加，在850 ℃過熱處理后，如圖1（c），二次枝晶臂間距雖然增大，但α相面積變小，其外觀近球形，二次枝晶臂從一次枝晶干根部發(fā)生熔斷及?；F(xiàn)象，共晶區(qū)域增大，一次枝晶間距也變細(xì)變小約為56μm；圖1（d）中所示950 ℃熱速處理的試樣較之圖1（c）二次枝晶間距有所減小，更加近似于圖1（b）的形貌。

結(jié)果分析：由于溫度處理比前一過程溫度提高了100 ℃，和金熔體進(jìn)入了Al-Al原子團(tuán)簇解體區(qū)域。由于尺寸較大的Al-Al原子團(tuán)簇破裂，使得原子團(tuán)簇的尺寸有所減小，數(shù)量增多，合金熔體在快速降溫的過程中，雖然溫度己降低到690 ℃，但結(jié)構(gòu)狀態(tài)的改變滯后于溫度的變化，α-Al的形核與生長主要靠Al原子的擴(kuò)散進(jìn)行，由于冷速較快，Al原子只能進(jìn)行短程擴(kuò)散。所以凝固組織中α-Al的枝晶尺寸減小，同時(shí)，共晶組織的面積百分比升高。

5 結(jié)論

本文針對ZL114合金，通過實(shí)驗(yàn)研究了凝固條件、熔體處理、過熱處理和熱速處理對合金凝固組織和性能的影響。主要結(jié)論如下。

（1）熔體溫度越高，越容易消除異質(zhì)形核的核心，增加凝固時(shí)的過冷度，有利于組織的細(xì)化。

（2）通過熔體熱速處理工藝，ZL114合金的抗拉強(qiáng)度和相對延伸率均比原始材料以及細(xì)化和變質(zhì)處理試樣增大，其韌性都大大增加。尤其是經(jīng)過950 ℃熱速處理的試樣，相對延伸率達(dá)4.9%，其抗拉強(qiáng)度也已達(dá)到非常高的程度。因此，通過對熔體熱速處理，選取合適的處理溫度，可以顯著提高合金的力學(xué)性能。

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