《合金熔煉與制備》15:49:282鑄造鋁硅合金的分類？含硅量對性能的影響？多元鑄造鋁硅合金？一題錄二三15:49:28一、鑄造鋁硅合金的分類？1、硅含量對組織的影響

共晶溫度577度，硅在α固溶體中的最大溶解度為1.65%，共晶成分Si為12.6%分類：共晶、亞共晶和過共晶。下一頁圖Al-Si二元相圖15:49:28一、鑄造鋁硅合金的分類？圖

共晶鋁硅合金的顯微組織返回15:49:28一、鑄造鋁硅合金的分類？圖

亞共晶鋁硅合金的顯微組織返回共晶Si相

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過共晶鋁硅合金的顯微組織15:49:28二、含硅量對性能的影響？|1、鑄造性能規律：隨Si量的增加，流動性先增加后減小。含Si為16～18％時，流動性最好。原因：（1）結晶溫度范圍；（2）Si的結晶潛熱大。15:49:28二、含硅量對性能的影響？|1、鑄造性能（1）變化規律隨Si量的增加，線收縮、體收縮均隨著下降。（2）變化原因純Al的線收縮、體收縮率較大，但Si幾乎不收縮。15:49:28二、含硅量對性能的影響？|1、鑄造性能（1）熱烈傾向隨Si量的增加，熱裂傾向下降。常用Al-Si合金的含Si量均在5％以上。（2）氣密性隨Si量的增加，氣密性先差再好再變差。原因：與結晶溫度范圍有關。范圍越小，產生疏松傾向也越小，則不易產生析出性氣孔，合金的氣密性就越高。15:49:28二、含硅量對性能的影響？|2、力學性能15:49:28二、含硅量對性能的影響？|3、物理、化學性能（1）密度Si的密度只有2.35，比Al還要小，所以合金中Si量增加，密度也直線下降。（2）導電、導熱性能Si的加入會導致鋁合金的導電、導熱性能顯著下降。直線K：合金在300℃回火狀態下的電導率變化；曲線Kˊ：合金在500℃淬火狀態下的電導率變化。15:49:28二、含硅量對性能的影響？|3、物理、化學性能（3）耐磨性

Si的顯微硬度HV有1000~1300，而純Al的顯微硬度HV只有60~100，有Si相析出的Al-Si合金，是軟的基體上分布著很多硬質點的理想的耐磨材料，合金的磨損量將隨Si量的增加而不斷減少，即耐磨性變好。（4）耐腐蝕性

Al-Si合金的表面有致密的Al2O3和SiO2保護膜存在，組織中基體和Si相的電位差不大，因此合金有良好的抗蝕性能，甚至在海水中經相當長時間的浸蝕后，仍能保持原來的力學性能，應力腐蝕的傾向也很小。（5）線膨脹系數純Al在0～100℃時，每1℃的線膨脹系數=23.5×10-6，而Si的=7.6×10-6，相差3倍多。所以含Si量越高，合金的線膨脹系數越小。這也是Al-Si合金能廣泛應用于活塞的重要原因。15:49:28二、含硅量對性能的影響？|4、切削加工性能

（1）Si量增加，共晶體增多，利于改善切削性能。特別是變質后，合金的晶粒細化，切削性能更好。 （2）當Si量>15%，初晶Si含量變多，合金的切削性能和表面粗糙度均變差。15:49:28二、含硅量對性能的影響？|4、切削加工性能改善過共晶鋁硅合金切削加工性能的方法：

1、細化初晶Si；2、加入一些易切削元素，錫、鉍、鉛等；3、采用加熱切削、電解磨削等工藝；4、使用金剛石刀具，并配合恰當的切削速度和切削液等。

因此，為了兼顧合金的鑄造性能和力學性能，并使切削加工性能不致太差，Al-Si合金的含Si量一般選擇在7~13％左右。15:49:28三、多元鑄造鋁硅合金？|1、Al-Si-Mg（1）加入后形成什么？出現Mg2Si相，具有很好的強化效果。

（2）能加多少？

Mg在α固溶體中的最大溶解度為0.7%，室溫時0.1%-0.15%。

一般加入量：0.15%-0.4%。（3）通常室溫組織：α初晶、二元共晶（α+Si）及三元共晶（+Si+Mg2Si）組成。（4）力學性能，如下圖。15:49:28三、多元鑄造鋁硅合金？|1、Al-Si-Mg應用典型代表：ZL10115:49:28三、多元鑄造鋁硅合金？|1、Al-Si-Mg應用典型代表：ZL10415:49:28三、多元鑄造鋁硅合金？|2、Al-Si-Cu1、Cu對合金組織和性能的影響（1）出現CuAl2相，室溫組織：Al、CuAl2和Si相及二元共晶體，富Al部分無三元化合物。（2）Cu在α中的最大溶解度在共晶溫度時為4.9%，室溫時Cu的溶解度接近于零，強化效果與Mg相似。圖Al-Si-Cu三元相圖等溫溶解度15:49:28三、多元鑄造鋁硅合金？|2、Al-Si-Cu2、常用Al-Si-Cu合金

ZL107：6.5-7.5%Si，3.5-4.5%Cu。 優點：該合金鑄造性能好，耐熱性限，力學性能也好。不進行熱處理也具有較高的力學性能，尤其適用于壓鑄，可用于制造250度以下工作的零件。缺點：膨脹系數增加，熱裂傾向增加，抗腐蝕性較Al-Si-Mg合金差，相對密度增加。15:49:2815:49:28三、多元鑄造鋁硅合金？|3、Al-Si-Cu-Mg

圖Al-5%Si-0.5％Mg合金中加入Cu對室溫 圖

在Al-5％Si-1.2％Cu（a）和高溫（b）機械性能的影響 合金中加入Mg，對室溫機械性能的影響（T5）

15:49:28三、多元鑄造鋁硅合金？|3、Al-Si-Cu-Mg1、Mg、Cu對Al-Si合金組織的影響

Al-Si合金中同時加入Mg和Cu，組織中將出現：α、Si、Mg2Si、CuAl2、W(AlxMg5Cu4Si4)五個相。

2、Mg、Cu的比例對組織的影響Cu/Mg=2.1時，出現α+Si+W三相組織Cu/Mg>2.1時，出現α+Si+W+CuAl2+Mg2Si五相組織Cu/Mg<2.1時，出現α+Si+Mg2Si三相組織15:49:28三、多元鑄造鋁硅合金？|3、Al-Si-Cu-Mg 3、Mg和Cu同時加入對合金性能影響當Mg2Si,CuAl2和W相數量相同時：

1、Ｗ相強化效果最好，在250~300℃時耐熱性最好；2、Mg2Si相室溫強化效果大于CuAl2相，但耐熱性差；3、CuAl2相強化效最差，耐熱性次之。圖Al-5％Si-2％（Cu+Mg）四元合金中Cu量和Mg量變化對合金室溫、高溫抗拉強度的影響

當Mg=0.6％，Cu=1.4％，Ｃu/Mg＝2.2左右，室溫和高溫的抗拉強度均達到最大值。從耐熱性應用角度出發，Ｃu/Mg＝2.5左右較好。15:49:28三、多元鑄造鋁硅合金？|3、Al-Si-Cu-Mg常用的ZL111：Al-8~11Si-1.3~1.8Cu-0.4~0.6Mg-0.1~0.35Mn-0.1~0.35Ti。具有良好的鑄造性能、較高的力學性能、較好的切削加工性能以及補焊性能，用于中等以上載荷的零件。

金屬型試棒，T6處理：室溫力學性能可達350-400MPa，伸長率2-4%，硬度110-130HB。

砂型試棒，T6處理：室溫力學性能可達310-330MPa，伸長率>2%，硬度110-120HB。15:49:28三、多元鑄造鋁硅合金？|3、Al-Si-Cu-MgAl-Si-Cu-Mg顯微組織圖ZL111合金變質前后的顯微組織（砂型，200×）a-變質前，b-變質后并經T8處理。其中數字表示：1-基體，2-Si，3-AlMnFeSi相，4-Mg2Si，5-CuAl2（未浸蝕）

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含鐵相硬而脆，往往以粗大的針狀穿過（Al）晶粒，大大削弱了基體。|雜質元素的影響三、多元鑄造鋁硅合金？1、鐵的有害作用和消除方法|雜質元素的影響1、鐵的有害作用和消除方法（1）來源：爐料、坩堝和熔煉工具。（2）有害作用：

(a)降低力學性能；

(b)降低了合金的流動性；

(c)降低了合金的抗腐蝕性能。三、多元鑄造鋁硅合金？15:49:28（3）消除方法：a、提高冷卻速度。冷速越快，含Fe相越小。故不同鑄造方法允許含Fe量不同：砂型≤0.6%、金屬型≤1.0%、壓鑄≤1.2-1.5%。b、加入微量Mn、Cr、Co、Mo、Be等元素，形成復雜多元化合物，如AlSiMnFe相，改變Fe相形狀后通常呈灰色、塊狀、桿狀或團狀，降低割裂基體的有害作用。

注：Mn含量也不易加入過多，會（FeMn）Al6粗大脆性化合物，造成強烈偏析，惡化力學性能。通常Mn≤0.5%，Mn：Fe=（0.67-0.83）:1效果最佳。

c、含Fe相相對密度較大，會沉至坩堝底，澆注時一般底部鋁液不澆鑄件。|雜質元素的影響三、多元鑄造鋁硅合金？15:49:282、Sn和Pb

（1）Sn和Pb在合金中會形成低熔點 共晶，對熱處理不利。 （2）Sn