Mg含量对AlSi10MgMnFe压铸件性能和组织的影响

在压铸Al-Si-Mg系合金时，由于Mg不能完全溶 解在α-Al固溶体中，激冷时Mg在α-Al固溶体中呈过饱和状态，时效处理时会析出强化相Mg2Si，Mg2Si相可以提高合金的抗拉强度和屈服强度。Al-Si-Mg 系 高强韧铝合金，其Mg含量为0.27%~0.33%时（称Aural-2），是一种充型能力较强，适合生产复杂大型薄壁铝合金压铸件的高强韧铝合金 ，而Mg的含量提高至0.4%~0.6%时（Aural-3），再配合高真空压铸，铸件 则具备优良的可焊接性和可热处理性能。 Aural-3合 金在热处理后屈服强度可达250MPa，伸长率甚至可达5%~12%。Aural-2和Aural-3化学成分见表1。

重力浇注时Al-Si-Mg合金中加入Mg可以提高其屈服强度，但会降低试样的塑性和疲劳韧度；Mg在 时效硬化过程中不仅能够与Si结合析出Mg2Si强化 相，提高材料的强度，同时还能够降低合金的共晶温度 并能够促进Si的异质形核；Mg含量的变化还能影响富 Fe相的形态和含量。压铸的高速填充、高压凝固特 性必然会影响到Mg的作用，目前对压铸过程中Mg含 量对Al-Si-Mg亚共晶合金力学性能和组织的影响的研 究较少。

真空压铸是减少铸件含气量的有效方法，能大大降 低铸件的含气量，当型腔真空度达到91~96kPa时，生 产的压铸件可通过热处理来提高性能。

本课题依托自主研发的基于PLC技术的真空控制 系统及真空截止阀，研究了 Mg含量对低真空压铸Mg-Si-Al亚共晶合金铸件的力学性能和金相组织的影响， 也研究了热处理对不同 Mg 含量合金的力学性能以及 金相组织的影响，以期为Al-Si-Mg系高强韧合金在生 产中的推广和应用提供借鉴。

1　 试验方法

试验合金为AlSi10MnMgｘFe，由纯铝锭、Al-24.45Si中间合金、纯Mg、Al-10Mn中间合金配制而成的。 Mg 含量由直读光谱仪测得， 4组不同Mg含量的试样 的化学成分见表2；力学性能测试试样尺寸见图1。测 试在万能拉伸试验机上完成。每组试样测试5件并取平均值。

压铸件在500℃保温8min，再在170℃下保温8h进行时效处理。

2　 试验结果与分析

2.1 Mg对低真空压铸件力学性能和组织的影响

图2是不同Mg 含量的AlSi10MgMnFe合金低真 空压铸件的力学性能。

由图2可见，抗拉强度随Mg含量增加而显著提 高，屈服强度则先提高后降低， Mg 含量为0.65%时，屈 服强度达到163MPa，为最大值；Mg含量为0.89%时， 屈服强度为132MPa，是最小值，抗拉强度为307.8MPa，是最大值。伸长率随Mg含量的变化先增加后降 低再升高， Mg 含量为0.42%时试样伸长率取得最大值 为4% ，Mg 含量为0.65%时试样的伸长率取得最小值 为2% 。需要指出的是，在压铸中，通过中间合金配置 的合金中，Cr、Fe和Mn含量相对较高，在压铸凝固时 容易产生AlSiMnFeCr沉积相，沉积相的产生也必然对 试验结果尤其是伸长率会产生一定影响。

图3为不同Mg含量的AlSi10MnｘMnFe合金低 真空压铸的金相组织。可以看出，金相组织由枝晶状的 共晶Si，粗大的α1－Al固溶体和细小的α2－Al固溶体以 及富Fe相组成，富Fe相和枝晶状的共晶Si主要分布 在α－Al晶界处。随着Mg含量提高，粗大α－Al固溶体比例上升，同时在α－Al基体上会析出细小而弥散的 Mg2Si强化相，能够增强基体，使合金材料的强度升高， 同时，Mg 具有变质作用，能将针状的Si变质为细小的 薄片状、层状或圆整的纤维结构。Mg 含量的增加降低 了合金的塑性。这主要是因为形成了针状的富Fe相 AlSiFe或者富Fe相π相。

2.2　 人工时效后低真空压铸件的性能和组织

图4为不同Mg含量的压铸件人工时效后的力学 性能。由图4可知，当Mg含量为0.21%时，屈服强度 达到最大值，为180.4MPa；当Mg 含量为0.89%时， 抗拉强度为356.2MPa；提高Mg 含量会降低铸件的伸 长率，当 Mg 含量为0.42%时，伸长率最大为2.5%，屈 服强度受合金本体和晶粒大小及沉淀相的影响，当合金 的成分保持不变时，人工时效可以使粗大的α－Al相含量升高，合金的屈服强度降低。

图5为人工时效后，不同 Mg 含量的压铸件的金相 组织。可以看出，人工时效后，α－Al晶粒有变大的趋 势。随着 Mg 含量增加，富Fe相更为细小圆整，共晶Si枝晶更为细小，对合金基体的割裂作用降低。

2.3 Mg含量对高温短时热处理铸件性能和组织的影响

短时热处理后，铸件表面光洁，没有鼓泡，外观质量 良好。图6为不同Mg含量的低真空压铸件经高温热 处理后的性能。可以看出，经高温热处理后，提高Mg 含量会明显降低铸件的屈服强度和伸长率。Mg 含量 为0.21%时，屈服强度为180MPa，伸长率达到6.2%， Mg含量提高到0.89%后，屈服强度仅为117MPa，降低 了35%，伸长率降为1.6%，降低了74%。随着Mg含 量提高，伸长率降低明显，但铸件经高温短时热处理后，其塑性要优于铸态或者人工时效态。

图7为高温热处理后，不同Mg含量的压铸件的金 相组织。可以清晰看出，高温短时热处理后，金相组织 看不到明显的气孔缺陷，这是铸件外观没有鼓泡缺陷的重要原因。枝晶状的共晶Si消失，熔断成了颗粒状的 共晶Si，晶粒圆整度变得更好，能减少对基体的割裂， 同时也无针状的富Fe相。这是由于在高温处理过程 富Fe相由针状转变得圆整，对基体的割裂作用减小，因此高温处理可以提高铸件的伸长率。

3　 结  论

（1）压铸AlSi10MgMnFe合金的金相组织由α－Al、共晶Si和富Fe相等组成。提高Mg 含量，在铸态和时 效后金相组织中的α－Al相晶粒有变大趋势，时效对金 相组织的影响不显著。

（2）在压铸合金中提高Mg含量可以提高压铸件的 抗拉 强 度，伸 长 率 变 化 不 大，Mg含 量 在0.40%～0.65%范围内，压铸件的综合力学性能较好。Mg 含量 在0.2%~0.4%范围时，通过人工时效，铸件的综合力 学性能较好。

（3）真空压铸可以减少铸件内部的含气量，在高温 热处理后，铸件表面光滑无鼓泡。高温热处理使压铸合 金的枝晶状的共晶Si发生了熔断、粒化和球化，铸件的 伸长率提高显著，Mg 含量为2.1%时，铸件的伸长率达 到了6.2%。