Mg对铸造Al－7Si－Mg合金的断裂性能的影响

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铸造铝合金由于其具有较好的铸造性能，耐腐蚀性和很高的强度，因此被广泛应用于制造汽车，航空零件以及其它工业中。这些零件在极限条件下工作时会出现裂纹或者突变。随着检测手段的逐渐进步，越来越小的缺陷都可以被检测出来。大部分关于脆性断裂的研究表明，温度，材料的硬度，设计，焊接，残余应力，疲劳等因素都可以导致大型结构的脆性断裂。但是，最主要的有三个因素，分别是材料的硬度，裂纹的尺寸以及结构的残余应力值。在Al－Si合金中加入Mg能够提高热处理时的拉伸强度，并且能够影响微观结构的变化。Al－7Si－Mg合金在凝固过程中形成树枝状组织并且在共晶硅颗粒和夹杂物间形成空洞从而造成断裂的发生。因此，具有小的树枝状组织和Si颗粒的合金需要很大的应力才能达到断裂的临界值，相反，具有粗大结构的合金在很低的载荷下就会发生断裂，从而降低了延展性。   实验用合金为A356铸造铝锭，在电阻炉里用石墨坩锅加热后熔化，熔化温度为740℃，加入Al－10%Sr合金进行变质处理，然后将金属液倒入尺寸为240mmX210mmX40mm的磨具中浇铸。分别制成硬度，拉伸和断裂韧性试样，在T6的条件下进行热处理。使用载荷为62.5kg的Indentec硬度机进行硬度测试，使用INSTRON1195－5500R拉伸仪器进行拉伸测试，通过ASTME399装置测试断裂韧性。通过观察晶相发现，改性过的共晶硅颗粒从针状变成纤维状，增加Mg含量会增加熔解金属的氢的固溶度，因此会增加合金的多孔性。微观组织还显示疲劳裂纹主要沿着共晶硅颗粒的方向而不是铝基体的方向。通过SEM观测拉伸试样的断裂方式为延性断裂。但是，随着镁含量的增加，可以看到在共晶区域产生了第二相裂纹，并且孔洞会造成亚基体的应力集中，形成裂纹源。硬度和拉伸实验结果表明，随着Mg含量的增加，硬度，屈服应力和拉伸应力值也都增加。但是由于Mg的增加会增大富含Fe相夹杂物的含量，并且会增大枝晶的尺寸，因此会降低合金的延伸率和延展性。断裂韧性结果表明，随着Mg含量的增加，裂纹扩展抗力逐渐降低。当Mg含量较低时，裂纹分枝系数较大，会降低初始裂纹端的应力集中系数，并且Si颗粒的裂纹扩展占主要的裂纹扩展方式，而当Mg含量增大时，富含Fe相夹杂物的裂纹扩展占主要的裂纹扩展方式。当具有较小的晶粒尺寸时，裂纹扩展为延晶断裂，当晶粒尺寸较大时，裂纹扩展为穿晶断裂。因此，具有细小组织的合金主要为延晶断裂，具有较高的延展性。当裂纹穿过较多的Si颗粒时，裂纹扩展为延晶扩展，具有较好的延展性。而随着Mg含量的增加，Mg和Si元素会形成Mg2Si第二相沉淀物，所以随着Mg含量的增加，合金的断裂韧性会下降。因此，当Mg含量较多时，会降低合金的断裂性能。

张宏武

很有道理