Al-10Si-0.3Mg压铸薄壁试样微观组织和缺陷表征及其对塑性的影响

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压铸技术由于其生产效率高,铸件精度高、性能好,制造工艺简单等优点,是应用极为广泛的一种铸造工艺。压铸Ai-Si合金凭借其出色的流动性和充型能力,良好的抗腐蚀,较高的强度和尺寸精度,在车用结构件中,特别是形状复杂的大型薄壁件中有着广泛地应用前景。然而,随着汽车工业的发展,对合金的力学性能尤其是塑性有着越来越高的要求。对于压铸工艺,由于其充型速度快,容易导致卷气,形成气孔,即使采用真空压铸技术,也很难避免在合金中形成孔洞缺陷,而这些孔洞会对材料的塑性有着显著影响。对于如何对孔洞进行三维表征以及这些孔洞会如何影响合金的塑性和变形行为是当前该领域的研究热点和难点之一,本文以Al-10Si-0.3Mg压铸薄壁合金为研究对象,进行了微观组织和孔洞缺陷的表征,分析其对塑性和变形行为的影响规律。对该合金在热处理前后进行了微观组织表征,并进行了硬度测试和拉伸实验,分析热处理对其力学性能的影响。再使用X射线计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)技术对铸件中孔洞的形貌和特征进行定量分析,并且结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术和拉伸实验,分析孔洞对力学性能和变形行为的影响。得到的主要结论如下:①Al-10Si-0.3Mg压铸薄壁试样的组织主要为铝基体、共晶Si组织和少量AlSiFeMn相组成,且铝基体沿厚度方向呈现明显梯度分布特征,经过热处理后,共晶Si组织由连续的珊瑚状转化为圆球状;②铸态时,试样的硬度沿厚度方向呈表层高心部低的梯度分布,热处理之后,硬度显著下降且梯度消失,屈服强度和抗拉强度下降,塑性大幅度升高;③断口处的局部孔隙率与材料延伸率密切相关,但很难准确预测材料的断裂位置,能确定局部孔隙率是影响材料断裂位置的主要因素,当试样存在大孔洞时(孔洞体积≥ 0.06 mm3),断裂位置也与最大孔洞相关;④试样中最高局部孔隙率与试样的延伸率呈现明显的线性关系,当孔隙率很低(≤ 1%)时,延伸率高(ε≥12%),当孔隙率中等(1.0%~1.6%)时,延伸率一般(7%≤ε≤12%),当孔隙率很高(≥1.6%)时,延伸率很低(ε≤7%)。
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