【摘 要】
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材料轻量化是交通运输、航空航天等行业发展的主要趋势,铝合金因其低密度、高塑性、强度适中、比强度高、耐腐蚀性好等优点成为轻量化发展的优选材料。随着社会需求的不断增加,对铝合金的性能要求也越来越高,开发新型高强轻质铝合金成为如今轻量化研究的热点。本文从材料轻量化角度出发,研究对象为常用亚共晶Al-Si合金:A356铝合金,在传统A356材料基础上对其进一步的成分设计优化与热处理工艺优化,以期实现材料轻
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材料轻量化是交通运输、航空航天等行业发展的主要趋势,铝合金因其低密度、高塑性、强度适中、比强度高、耐腐蚀性好等优点成为轻量化发展的优选材料。随着社会需求的不断增加,对铝合金的性能要求也越来越高,开发新型高强轻质铝合金成为如今轻量化研究的热点。本文从材料轻量化角度出发,研究对象为常用亚共晶Al-Si合金:A356铝合金,在传统A356材料基础上对其进一步的成分设计优化与热处理工艺优化,以期实现材料轻量化。本论文以Ti、Zr两种元素复合改性亚共晶Al-7Si-0.35Mg合金为基础,利用场发射扫描电镜（FESEM）、差式扫描量热仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）、拉伸试验机和布氏硬度计等测试手段研究不同合金元素及含量和设计热处理工艺对Al-7Si-0.35Mg-0.2Ti-x Zr铝合金的凝固组织、T6态微观组织与性能的影响。分别从合金凝固过程中形成的金属间化合物和时效过程中析出的沉淀相入手,对比研究了化合物结构、成分、形貌的演变规律、沉淀相的析出强化行为和机理,得到以下主要结论:（1）Ti、Zr元素能够复合细化合金组织,协同改变铸态组织中共晶硅形貌。Zr元素添加到合金中能够细化α-Al,减小合金二次枝晶间距;Zr的添加使得共晶硅由连续的片状针状开始向不连续的纤维状短棒状转变。Zr元素主要存在形式为Al-Si-Zr和Al-Si-Ti金属间化合物,尺寸约为2～10μm。随着Zr元素含量的提高,铸态合金布氏硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率同时增加,在0.2wt.%Zr含量时达到最大值,锆元素能够有效地提高合金的力学性能,过量的锆会使合金的力学性能变差。（2）通过DSC分析和布氏硬度测量确定合金的T6热处理工艺为:固溶540℃×5h+时效160℃×6h。铸态Al-7Si-0.35Mg-0.2Ti-x Zr合金经过T6热处理后晶界处的共晶硅相发生了球化转变,添加0.2wt.%Zr元素时改性效果最好,球化效果最佳。T6热处理后Al-7Si-0.35Mg-0.2Ti-0.2Zr合金中产生了尺寸约为20～50nm的颗粒形状的二次析出相Al3Zr弥散分布在基体中,能有效提高合金的强度和塑韧性。（3）随着时效时间的增加,合金的布氏硬度,屈服强度和抗拉强度分别在160℃×6h时达到最大值93.4HBS,245MPa和315MPa。合金拉伸断口表明;未时效、时效4h以及6h的断口中的韧窝大而深且较为整齐,合金塑韧性更好。
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