【摘 要】
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Al-Si系铸造铝合金因其密度低、比强度高、优秀的耐磨性能等特点,被广泛应用工业轻量化生产中。但是传统的Al-Si系铸造铝合金刚度较低,与传统的钢铁材料相比没有任何优势。为了提高Al-Si系铸造铝合金的刚性,本文以Al-Si-Cu-Ni合金为基础,探究了不同Cu和Ni质量分数下合金组织与性能的变化。通过Thermo Calc软件和DSC曲线确定合金的相变过程,进而确定了合理的T6工艺。为了进一步提
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Al-Si系铸造铝合金因其密度低、比强度高、优秀的耐磨性能等特点,被广泛应用工业轻量化生产中。但是传统的Al-Si系铸造铝合金刚度较低,与传统的钢铁材料相比没有任何优势。为了提高Al-Si系铸造铝合金的刚性,本文以Al-Si-Cu-Ni合金为基础,探究了不同Cu和Ni质量分数下合金组织与性能的变化。通过Thermo Calc软件和DSC曲线确定合金的相变过程,进而确定了合理的T6工艺。为了进一步提升合金的刚性和塑性,添加了不同质量分数的Ti和Zr元素,研究了加入新元素后合金的组织与性能的影响。研究P变质处理对合金组织与性能的规律和变质机制。本文的主要研究内容如下:（1）Al-Si-Cu-Ni合金主要由α（Al）基体、初生Si、共晶Si相、Al3Ni相、Al3CuNi相和Al7Cu4Ni相组成,合金中第二相的尺寸随着冷却速率的增大而减小。（2）合金在515℃下固溶热处理后,初生Si和Al3Ni相发生钝化,共晶Si变为颗粒状和短棒状,Al3CuNi相发生变为短棒状和圆球状,Al7Cu4Ni相发生溶解。随着固溶热处理时间延长,初生Si和Al3Ni相进一步钝化,共晶Si尺寸变小,分布更加均匀,Al-Cu-Ni相进一步溶解。固溶时间超过10h后合金中的共晶Si发生粗化。（3）T6热处理后合金的塑性和强度显著提升,对刚性影响不大。Al-12Si-5Cu-7Ni合金较Al-12Si-4Cu-5Ni合金相比塑性和强度明显下降,刚性则明显提升,热处理后合金的杨氏模量、抗拉强度和断裂应变由89.5GPa、247MPa和0.457%变为92.6GPa、214MPa 和 0.422%。（3）Al-12Si-4Cu-5Ni合金添加Ti和Zr元素后,合金中出现了针状的Al3（Zr,Ti）相。添加Ti、Zr元素后对合金的塑性和强度影响较小,刚性则明显提升。增大Ti、Zr质量分数后,合金的刚性得到了小幅提高,其中Al-12Si-4Cu-5Ni-0.4Ti-0.4Zr合金的杨氏模量最高为90.7GPa,抗拉强度和断裂应变分别为239MPa和0.449%。（4）Al-12Si-4Cu-5Ni合金中仅添加0.8wt.%Ti元素后,合金中出现了新的针状Al-Ti-Si相,与添加0.4wt.%Ti和0.4wt.%Zr元素相比,T6热处理后合金的塑性和强度下降,刚性变化不大,其杨氏模量、抗拉强度和断裂应变分别为90.6GPa、223MPa和0.397%。（5）P变质能细化Al-12Si-4Cu-5Ni-0.4Ti-0.4Zr合金中的初生Si尺寸,0.1wt.%P时变质效果最好,初生Si平均尺寸由未变质时13.02μm降至8.92μm。0.1wt.%P变质后的合金刚性变化不大,塑性和强度明显提升,T6热处理后合金的抗拉强度和断裂应变分别为 275MPa 和 0.483%。
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