ALSI42 Legierungen | Überblick

As-Cast-Al-Si-Legierungen bestehen hauptsächlich aus α-Al-Dendriten und grobem eutektischem Silizium. Für hypereutektische Al-Si-Legierungen gibt es zusätzlich zu ihnen primäres Silizium, in dem α-dendritische Formen elliptische Dendriten sind. Für das polygonale Primärsilizium gilt: Je größer die Partikelgröße und je unregelmäßiger die Form, desto geringer die Festigkeit, und es ist leicht, während des Dehnungsprozesses bevorzugt zu reißen. Huang Caimin et al. fanden heraus, dass, wenn die Hochtemperatur-Aluminiumflüssigkeit gekühlt und erstarrt wird, aufgrund des lokalen Temperaturgradienten und unterschiedlicher Abkühlraten die gegossenen A356-Legierungsdendriten eine Komponentenseigerung aufweisen und die Matrix auch Lockerheit, Löcher, Einschlüsse, Schrumpflöcher und Oxidfilmdefekte aufweist. Das eutektische Silizium der unmodifizierten A356-Legierung hat die Form von groben Nadeln. Mg2Si ist eine Fällungsverstärkungsphase, aber die Anzahl der Mg2Si-Phasen im Gusszustand ist klein und klein, so dass es nicht leicht zu finden ist. Eine große Anzahl glatter Quasi-Spaltebenen erscheint in der Zugbruchmorphologie der A356-Legierung, und es gibt Grübchen unterschiedlicher Größe in der Umgebung. Die meisten Grübchen sind klein und flach, und die Anzahl ist relativ klein. Der Grund für die Eigenschaften der Spaltebene ist, dass an der Verbindung von eutektischem Silizium und dem Substrat Risse auftreten, die sich im eutektischen Bereich ausdehnen und verteilen; Yifan Wang et al. fanden heraus, dass die Al-7Si-0.6Mg-Grenzfläche kovalente Bindungen zwischen Al- und Si-Atomen bildet. spielt die kovalente Bindung eine Schlüsselrolle bei der Grenzflächenbindungsstärke. Nach der Griffith-Bruchtheorie bilden sich Risse zuerst innerhalb der Al-Fällungsphase und breiten sich aus, und die Grenzfläche kann als Schutzschicht wirken, um die Rissausbreitung zu verhindern. Lou Huashan et al. fanden durch den Bruch der Aluminiumlegierung A356 heraus, dass, wenn die Rissausbreitung auf die Obstruktion von eutektischem Silizium trifft, der Riss die eutektischen Siliziumpartikel abschneidet, und wenn der kleine Riss wächst und sich zu einem langen Riss verbindet, dann Der Riss breitet sich aus und folgt dem Prinzip des minimalen Energieverbrauchs, und breitet sich durch den schwächsten Teil der Korngrenze (Lamellenstruktur) aus und manifestiert sich schließlich als spröder Bruch. Gleichzeitig fanden S. Samat et al. heraus, dass die Verringerung der Plastizität mit den mikrostrukturellen Eigenschaften schädlicher nadelförmiger β-AlFeSi-intermetallischer Verbindungen und dem Vorhandensein mikroskopisch kleiner Poren während der Erstarrung zusammenhängt. Für hypereutektische Al-Si-Legierungen kann das grobe primäre Silizium die Verschleißfestigkeit der Legierung als harte Stelle verbessern, aber weil es hart und spröde ist, wird die Matrix stark gespalten, so dass die mechanischen Eigenschaften der Legierung reduziert werden und die Verarbeitungsleistung verschlechtert wird.

Die Zugabe von Legierungselementen ist ein wichtiger Weg, um die Mikrostruktur und Eigenschaften von Al-Si-Legierungen zu verbessern. Häufig hinzugefügte Elemente in Al-Si-Legierungen umfassen Mg, Cu, Mn, Sr und RE. Das Mg-Element kann in α-Al gelöst werden, um eine Gitterverzerrung zu verursachen und eine Rolle bei der Verstärkung der festen Lösung zu spielen. Gleichzeitig bilden Mg und Si die Mg2Si-Phase, die eine Verstärkungsphase ist und die Härte der Legierung verbessert. Der Cu-Gehalt in der Al-Si-Legierung erreicht 2,5%, und die Anzahl der Al2Cu-Phasen nimmt zu, was an der Grenzfläche von α-Al und eutektischem Silizium verteilt ist und eine verstärkende Rolle spielt, aber die grobe Morphologie und Verteilung der Verstärkungsphase machen die Legierungslängungsrate verringert. Mn kann die Anzahl und Größe des primären Siliziums in der Al-Si-Legierung reduzieren, und das eutektische Silizium wird zu einer kürzeren nadelartigen Struktur. Die Mn-haltige hypereutektische Al-Si-Legierung fällt während des Homogenisierungsprozesses Mn-haltige dispergierte Phasenpartikel aus, die eine hohe Dichte und hohe thermische Stabilität aufweisen, die rekristallisierten Körner verfeinern und auch zum Keimbildungskern der Alterungsverstärkungsphase werden. Die mechanischen Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften der Legierung haben einen wesentlichen Einfluss. Sr kann die Morphologie der eutektischen Si-Phase von nadelartig zu faserig verändern; nach der Zugabe von Mn- und Sr-Elementen ist die AlFeSi-Phase in der Al-Si-Legierung gleichmäßig im α-Al-Dendriten verteilt, und Mn verbessert die Morphologie der nadelartigen Fe-Phase. Eine bestimmte Menge Ba hat eine gute metamorphe Wirkung auf eutektisches ZL109-Silizium und hat gleichzeitig eine gute Beständigkeit gegen Metamorphose und Rezessions- und Umschmelzeigenschaften, und die Legierung nach der Metamorphose kann eine höhere Festigkeit erhalten; Wenn der Ba-Gehalt jedoch 0,125% übersteigt, wird die Struktur angezeigt. Eine kleine nadelförmige Phase ist vorhanden, und die Leistung ist entsprechend reduziert. Mit der Erhöhung des Fe-Gehalts nimmt die Größe der eisenreichen Phase in der Aluminiumlegierung A356 zu, die Morphologie ändert sich von knochenartig zu nadelartig und die Zugfestigkeit der Legierung nimmt ab. Große flockeneisenreiche intermetallische Verbindungspartikel in Gussteilen aus Aluminiumlegierungen mit hohem Eisengehalt fördern Ermüdungsrisse Die Initiierung der Legierung ist eine der Quellen für Rissquellen, jedoch erhöht die Erhöhung des Fe-Gehalts die Hochtemperatur und die Kurzzeitzugfestigkeit der Legierung. Nachdem Sb zur Modifizierung zu A356 hinzugefügt wurde, wird die Dichte der Legierung erhöht, und der Modifizierungseffekt hat eine langfristige Wirkung; Zr kann Körner effektiv verfeinern und die Rekristallisation hemmen. Die Zugabe von Zn-Element zu einer bestimmten Menge kann eine eutektische Gruppe in der Struktur der modifizierten Al-Si-Legierung bilden. Mit zunehmender Menge an Zn nimmt die Härte der Legierung zu und die Dehnung ab. Phosphorsalz wird der hypereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung zugesetzt, um einen A1P-Heterokern zu bilden, die Größe des primären Siliziums nimmt ab und die Form ändert sich von einer Plattenform zu einer polygonalen oder agglomerierten Form. Die Legierung hat gute mechanische Eigenschaften, Verschleißfestigkeit und Gießeigenschaften.

Eine geeignete Alterungsbehandlungstemperatur und -zeit kann die Gleichmäßigkeit der Struktur und die Morphologie der Ausscheidungen erheblich verbessern und dadurch die Festigkeit der Legierung erhöhen, aber zu hohe Temperaturen oder zu lange Alterungszeiten verringern die Festigkeit der Legierung. Unter den Faktoren, die die mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung A356 beeinflussen, hat die Alterungszeit den größten Einfluss auf Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung, und die Größe dieser Eigenschaften nimmt zuerst zu und nimmt dann mit zunehmender Alterungszeit ab. Wenn die Alterungszeit zu lang ist, werden die Körner offensichtlich vergröbert, und die Vergröberung und Formänderung der Körner verringert direkt die Härte des Materials. Zweitens bildet sich die kontinuierliche und grobe spröde Mg2Si-Phase, wenn die Alterungszeit zu lang ist, was auch die mechanischen Eigenschaften der Legierung verringert. Die Fällungsphase Mg2Si ist eine harte und spröde intermetallische Verbindung, die Versetzungen effektiv fixieren, die Unterkonstruktion stabilisieren, ein Gleiten der Korngrenze verhindern kann, so dass Festigkeit, Plastizität, Zähigkeit und Härte gut aufeinander abgestimmt sind und gleichzeitig die Rekristallisationstemperatur der Matrix erhöht wird. Dadurch wird die Rekristallisation unterdrückt; Darüber hinaus wird die Festigkeit der Matrix verbessert. Die stabile Ausscheidungshärtungsphase, die von der gealterten Al-Si-Gusslegierung erzeugt wird, löst sich nicht wieder in der Matrix auf, verhindert die weiträumige Bewegung von Versetzungen und verbessert so die thermische Ermüdungsbeständigkeit der Legierung. Die Ermüdungseigenschaften der Legierungen werden hauptsächlich durch die Morphologie und Größe der Si-Partikel beeinflusst, die beide durch Anpassung der Wärmebehandlung gesteuert werden. Die wärmebehandelte Legierung weist aufgrund einer hohen Menge an feiner Si-Sphärooidisierung hervorragende Ermüdungseigenschaften auf. Feine Siliziumpartikel sind in der Zellstruktur vorhanden, sie können die Ausdehnung von Ermüdungsrissen begrenzen und den Ermüdungsbruch verzögern, indem sie die Ausbreitungsrichtung ändern. Es ist durch kleine Grübchen geteilt, und es erscheinen keine großen Grübchen am Rand der Grübchen, und seine Gleichmäßigkeit ist besser als die des Zugbruchs nach der T6-Wärmebehandlung. Daher ist die Dehnung der Legierung nach zweistufiger Alterung hervorragender als die des T6-Verfahrens. Die Bruchfläche der A356-Legierung nach der T6-Behandlung wird mit Spaltebenen und einigen Grübchen vermischt, wodurch leicht spröde Risse gebildet werden können. Bei hypereutektischen Al-Si-Legierungen beeinflusst die Alterungstemperatur die Grenzauflösung und Diffusion von Legierungselementen. Mit dem Anstieg der Alterungstemperatur beschleunigen sich die Grenzauflösung und Diffusion von Legierungselementen, was zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Legierung beiträgt. Ein geeigneter Alterungsbehandlungsprozess verbessert die Verschleißfestigkeit der Legierung. Sun Yu et al. untersuchten die Wirkung des Wärmebehandlungsprozesses auf strontiummodifizierte, nahezu eutektische Al-Si-Gusslegierungen und stellten fest, dass die Alterungsbehandlung die Plastizität des Materials verringern würde. Liu Tuanshen et al. fanden heraus, dass die Alterungsbehandlung die Schlagzähigkeit der Al-20%Si-Legierung verbessern kann, was mit der Veränderung der Form von primärem Silizium und eutektischem Silizium und der Stärkung der Matrix zusammenhängt.