原位纳米颗粒孕育亚共晶Al-Si-Mg合金的微观组织演变规律及作用机制

Al-Si-Mg alloy is widely used in complex thin-walled parts, aviation industry bearing parts of high static load, cylinder block and cylinder head in automotive industry. In order to meet the higher requirements of modern industry for aluminum alloy, the aluminum alloy is usually used after inoculation or modification. However, when Si content is higher than 4wt.%, Ti elements in Al-Ti-B and Al-Ti-C master alloys react with Si elements to come out poisonous effect, and rare earth modification will increase the cost. Recently, we have found a new approach of in situ formation of nano-particles to inoculate Al Alloy. Therefore, this study adopts FeBSi amorphous alloy as the carrier, hypoeutectic Al-Si-Mg alloy as matrix alloy, reveal the influence law and mechanism the of in situ nano-particles on the α-Al dendrite and eutectic silicon and nano-precipitates, the influence law and mechanism of microstructure and mechanical properties at high temperature and room temperature. This research can widen the application scope of metallic glass, enrich and develop the inoculation theory, develop high-performance new inoculant, realize the controllable microstructure of Al-Si-Mg alloy, and provide important data support and theoretical basis for developing high-performance aluminum alloys.

Al-Si-Mg合金广泛应用在形状复杂的薄壁零件、航空工业承受高静载荷的零件、汽车工业中的气缸体和气缸盖等方面。为了满足现代工业对铝合金更高的使用要求，通常对铝合金进行孕育或变质处理后使用。然而，当Si含量大于4wt.%时进行Al-Ti-B和Al-Ti-C中间合金孕育处理，Ti元素会与Si元素发生反应而产生毒化作用，并且稀土变质会增加成本。近来，我们发现了一种原位形成纳米颗粒孕育铝合金的新途径，因此，本研究采用FeBSi非晶合金为载体，亚共晶Al-Si-Mg合金为基体合金，揭示出原位纳米颗粒孕育对α-Al枝晶、共晶硅和纳米析出相的影响规律及机制，以及微观组织与室温、高温力学性能的影响规律和机制。本研究可以扩宽非晶的应用范围，丰富和发展孕育理论，开发高性能的新型孕育剂，实现Al-Si-Mg合金的组织可控，为开发高性能铝合金提供重要的数据支持和理论基础。

提高Al-Si-Mg合金的力学性能以满足现代工业的使用是一种迫切需求，面对传统孕育剂的缺点，采用非晶合金作为铝合金的孕育剂是一项创新性的工作。本研究扩宽非晶的应用范围，丰富和发展孕育理论，开发高性能的新型孕育剂，实现Al-Si-Mg合金的组织可控，为开发高性能铝合金提供重要的数据支持和理论基础。.本项目取得主要结果如下：1. FeBSi非晶孕育亚共晶Al-Si-Mg合金的微观组织随孕育时间的增长先减小后增大，在孕育时间20min时，组织最为细小。2. FeBSi非晶在进入铝合金熔体后会发生晶化，而晶化的Fe2B能够作为a-Al的异质形核核心，从而细化晶粒；并且晶化相Fe2B和Fe3Si可以作为共晶Si形核核心，从而使Al-Mg-Si的共晶硅尺寸减小。3.添加0.1 wt.% FeBSi非晶合金不同孕育时间处理合金对其组织影响规律不同，指出在孕育20min时能够得到最佳的合金组织，其孕育合金的屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别为218.96MPa、327.39MPa和15.07%，分别比未孕育合金提高了28.55%、13.26%和10%。4. FeBSi非晶孕育亚共晶Al-Si-Mg合金力学性能提高的机制为细晶强化、第二相强化和共晶硅强化。5. FeBSi非晶孕育过共晶Al-Si-Cu-Mg合金的微观组织，在孕育时间20min时，a-Al、初生硅和共晶硅组织最为细小，表明FeBSi非晶孕育过共晶Al-Si合金仍然有效。