2023年12月21日发(作者：雷克萨斯es 350售价)

Mg、Si对Al—Mg2Si3铸造铝合金力学性能和耐蚀性能的影响

2001,Vo1.24+N94古盘与热处理《铝加工\'

Mg,Si对A1一Mg2Si3铸造铝合金

力学性能和耐蚀性能的影响

周华张林和林顺岩

【摘要】研究丁合盘元素Mg,Si对AI—Mg2Si3铸造铝合金性能的影响.在Mg古量一定时,随si古量的增高-合盘

的抗拉强度逐渐增高I当Si>3.0时,其变化趋势减弱+且耐蚀性变差.当si古量一定时,随Mg古量的增高,合金

强度,塑性均下降,耐蚀性无明显变化.通过恒应变速率拉伸试验(CERT)试验和徽观组织结构分析.指出了晶

界Mg偏析加速应力腐蚀.

关键词:铸造铝台金力学性能盐雾腐蚀应力腐蚀

TheEffectsofMgandSionMechanicalProperties

andCorrosionResistancefor

CastAluminiumAlloyAI—Mg2Si3

ZhouHuaZhangLinheLtnShunyan

ABSTRACTlTheeffectsofMgandSiOnpropertiesofacorrosionresistantcastaluminiumalloywere

ple,imatetensilestrengthincreased

alongwithSicontentincreasing;bitSicontentabove3.0wt,theimprovementweakenedandcorrosionresistance

oyswithconstantSicontent,boththestrengthandductilitydecreasedwithMgcontentincreas—

ing,whilecorrosionresistan~testandmicrostructureanal~is,the—

Mgsegregationprom0一

trdstresscorfactioncrackingatqrainboundariesisindicated.

KEYWORDS:Castaluminiumalloy}MechanicalpropertiesISaltspraycorrosion}Stresscorrosion

Al-M82Si3铸造铝合金是一种高性能的铸造铝

合金,综合性能较好,即具有较高的力学性能和优

良的耐蚀性能(包括耐应力腐蚀),同时具有良好

的铸造工艺性能,能满足在海洋大气环境下长期使

用的特殊要求.

目前,Al-si类铸造铝合金zL101,ZL102,美

国SAE336,SAE332.日本的AC4C,AC4H,俄

罗斯的An9,A2等铝舍金,铸造性能优良但其耐

海水及盐雾腐蚀性能较差.Al—MB类铸造铝

周华,张抹和,抹囊岩.西南帮亚(集团)有I捷壹任甚司挂术中心

401326重庆西謦

杖瞢日期:200l—O6一l1

合金ZL301,ZL303,美国SAE324.日本的AC7A,俄

罗斯的A8等,耐蚀性能较好但铸造性能却较差,

在长期使用过程中出现力学性能稳定性低以及沿晶

产生应力腐蚀裂纹倾向～.因此,Al—sj类和Al—

Mg类铸造铝合金,由于性能的缺陷.应用受到限

制.

研制具有较好的力学性能+同时具有优良耐蚀

性能的铸造铝合金,正日益引起研究者的重视.研

究合金元素在铝基体中的存在形式及其相互作用对

铸造铝合金性能的影响,是研制和开发具有较好综

合性能铸造铝合金的重要内容.

35?

《铝加工)台金与热处理1.24,№●

1试验

试验合金按表1配料,其中Mn,Cr,Si以中间

合金的形式加入,镁以纯金属形式加入.熔体在熔

剂覆盖下熔炼,精炼两次,并采用专用变质剂细化

晶粒.力学性能试样按l2ram试棒制取,并经T5

处理,即在535士5℃/8～10h保温,30～l∞℃水

中淬火,然后经l00~140℃/4h时效.拉伸试验

在DLY一10型拉伸机上进行,中性盐雾腐蚀试验在

德国进口的盐雾试验机上进行,应力腐蚀试验采用

恒应变速率拉伸试验(CERT),拉伸后断口用铬

酐,磷酸水溶液去除腐蚀产物后再在电镜上观察断

口形貌,在~I800透射电镜上对试样晶界进行能谱

分析.

衰1实验台金的化学成分范围wt

组元\'其他

A1

SjMgMnCTPe单十I合计

2.0—1.6～0.3～0.15～

≤O.3≤O.16O.15余t3

.62.60.90.35.

2实验结果及讨论

AI-Mg—Si系合金,主要合金元紊为Mg,Si.

并舍有微量MnCr等元紊.由AI—Mg—Si相图(图

1)可知,在低Mg,低si的AI-Mg—Si合金中,合金

主要相组成除了a(AD,Mgzsi~)b,随着微量元素

Mn,Cr的加入,还存在AlSiFe,AICrFeSi,A1一

FeMnSi,A|MnSi及其它金属闻的化合物.

圈1A1一M雪_si相圈

实验合金在强化相Mg,sJ相具有最大固溶度并

有过剩si的.(AD+Mg+si三相区内\",研究

36?

主要合金化元紊M8,

影响.

2.1Mg含量一定时,

2.1.1力学性能

sj含量变化时对合金性能的

si对台金性能的影响

试验结果表明,当Mg含量一定时,试验合金

在T5态时的抗拉强度随硅含量的增加而增高,si含

量继续增高,强度变化趋势减弱,延伸率的变化趋

势与之相似.在试验范围内,力学性能总的变化不

大.如表2,图2.

圈2MB古量一定时,s.含量对力学性能的髟响

表2化学成分及力学性能

质量丹数/力学性能

实验试样

SiMgMnCrMPa6

l1.992.020.7Z0.202585,3

22.371.930.730.1926535

32.702.00.720.162734.3

42.801.93O.80O.212846.5

53.2O1.9OO.74O.2t)2837.3

2.1.2耐蚀性能

将试样进行中性盐雾腐蚀试验,试验2O天后,

去除腐蚀产物,观察表面腐蚀情况.试验结果表

明,sj含量从1.9～3.0变化时,其盐雾腐蚀结果变

化不明显,只有当sj超过3.0时,其耐蚀性才有明

显变化.si含量继续增高,其耐蚀性进一步恶化.

衰3试验成分及力学性能

质量丹数/0A力学性能

实验试样

siMgMnCr吒/MPa66/

62.591.680.760.212786.7

72.351.930.730.192653.5

82.472090.830.202503.0

92.572.140.800.222372.0

l02.422.400.760.211891.7

\'铝加工\'台金与热处理2091,Vo1.24,N刚

SCC敏感性大.由表5看出,各合金在3.0NaCI水

溶液腐蚀介质中力学性能均较空气中下降,2d试

样E.较大,4试样由于强化相Mg.的产生,使

其E较24试样明显减小.

试验分析表明,在空气中拉仲断口都是沿晶和

穿晶的混合断口,晶粒问结合较致密,无明显的裂

纹.在腐蚀介质中拉伸试样2d的断口芯部为脆

断,晶粒间裂纹明显,主要是沿晶断裂.试样4

断口芯部则为明显韧断,如图5,6.

SCC是氢致断裂过程.在腐蚀介质中拉仲变

形时,暴露出来的新鲜铝合金表面与环境中的水可

能发生如下几十重要的电化学反应:2AI一+3HtO

—AI2O3+6H+6e,AJ—AI计+3e,H+e一

[H].

这样所形成的氨原子具有活性,通过吸附,扩

散或位错运输到材料内部而导致氢臆.本实验中应

变速率很小(e=1.5×l0-%)t试样有较多的时

间与介质发生反应,从而能吸收更多的氢,因此其

SCC敏感性也较高.4试样中Mg,Si形成Mg相

(Mg:Si=1.73:1),过剩si在合金中以单质存

在,形成(At)+Mg:Si-[-Si--相共晶,经淬火时

效后.Mg在晶内和晶界析出(且在晶界优先析

出),应该说合金具有产生应力腐蚀的条件,但是

由于M82Si在a(A1)中的溶解度相对较小(1.85

下),在晶问不能构成连续的阳极链状腐蚀通

道,故Mg,Si配比对SCC敏感性无影响.2d试

样中Mg则导致SCC敏感性提高.

2.4.2镁在晶界的偏析与SCC敏感性

为了解实验材斟的晶界成分,对24,4试样

的晶界进行能谱分析,在晶界附近选点,每十试样

分析3条晶界,取平均值,结果如表6所示.

表6台金晶界附近Mg的含量

元素Mg分析质量分数/%

试样编号

l2345

248.97l1.0312.7810.679.91

41.191.231.141.171.21

可以看出24样中Mg在晶界上产生偏析,4样

品界附近Mg分布均匀.研究表明,晶界Mg偏

析在铝合金的应力腐蚀过程中有两个作用t一方面

Mg偏析使晶界断裂应力及晶界结合能下降,导致

晶界脆化;另一方面,由于Mg—H相互作用,Mg偏

析必然加速应力腐蚀裂纹的形成与扩展.从而增大

材料的SCC敏感性.

3结论

(i)AI-Mg—Si实验铝合金主要强化相为Mg2

si相.Mg含量一定时,随着si含量增高,合金的

抗拉强度逐渐增高t当sj含量大于3.0后,其变

化趋势减弱,合金的塑性变化与之相但.耐蚀性的

变化,si含量在2.0～3.0范围内变化,无明显

影响,si超过3.0后,耐蚀性变差.

(2)Si含量一定,Mg含量在i.6～2.6内

增高时,合金强度,塑性均下降,耐蚀性无明显变

化.

(3)高镁铸造铝合金的应力腐蚀是氧致断裂

的过程,晶界镁偏析加速应力腐蚀.

(4)AI—Mg—Si实验铝合金通过Mg,Si配比调

整,可获得力学性能良好,耐蚀性优良,应力腐蚀

敏感性低的铸造铝合金.

参考文献:

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[8],M.K,

boundarysegregationandhydrogenindudedfracturein7950

alumlnmalloy-AetaMetalMatar,I996,44:3241

(李缡王校)

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腐蚀,铸造,晶界,应力,铝合金