挤压铸造合金的组织和力学性能分析

1.挤压铸造合金的组织特征

对于常用的Al-Si系合金，在高机械压力下结晶时，和金属型铸造相比，其组织将发生如下变化：

1）亚共晶和共晶型合金，增加了α树枝晶的比例，相应减少了α+Si共晶体数量；过共晶型合金，增加了α+Si共晶体数量，而相应减少了初晶Si的比例。

2）使α树枝晶或共晶组织细化。

3）使低熔点相产生偏析。

图6-5显示了在挤压压力200MPa下Al-Si合金组织与金属型铸造组织的对比。在Si的质量分数为1.7%～8.3%时，挤压铸造的初生α相变得非常细小；Si的质量分数为13%和13.7%时，虽然初晶Si稍微细化，但共晶组织却变得非常细小。

图6-5 200MPa压力下和大气压力下凝固的Al-Si合金组织

值得注意的是，在金属液凝固过程中施加挤压压力，会使枝晶间的浓缩金属液强行挤出，在最后凝固的部位形成异常偏析。图6-6所示为Al-2%Si合金的试验结果。图6-6a所示是通常条件下挤压的组织，在铸件中心的上部可看见的黑色部分便是溶质富集相形成的偏析。图6-6b所示是为了促使偏析的形成，在铸件顶部和底部放置了绝热材料后的挤压铸造凝固组织。图6-6c所示是为了避免偏析，在侧面设置了绝热材料的试验结果。根据试验结果，图6-7所示为不同条件下偏析的形成机理，分别对应于图6-6a、b、c。因此为了消除偏析，可以改变凝固方向和加压方向之间的关系，或者将偏析部分移至零件以外的部位。

图6-6 200MPa压力下凝固的断面组织（Al-2Si%合金，试样尺寸ϕ50mm）(www.xing528.com)

a）无绝热 b）顶部和底部绝热 c）侧面绝热

2.挤压铸造合金的力学性能

从上述挤压铸造下合金组织得以细化可以知道，铸件的力学性能应得到了大幅改善。图6-8所示为挤压铸造Al-Si合金的力学性能对比，图中的合金成分对应于图6-5。对于所有的合金成分而言，在200MPa压力下凝固，抗拉强度都比金属型铸造要高，高温强度亦是如此（到300℃为止）。

图6-7 挤压铸造下偏析的形成机理

a）无绝热。柱状晶间的溶质富集相被挤出，在铸件上部形成偏析 b）铸件上部和底部绝热，偏析出现极端状况 c）铸件侧面绝热，由侧

壁生长的柱状晶少，无偏析形成

图6-8 挤压铸造Al-Si合金Si含量 与抗拉强度的关系