ZL102合金铸造性能优良,耐磨性、抗蚀性、耐热性好,广泛应用于压铸件或要求耐蚀、耐磨和承受中小载荷的薄壁、复杂铸件。但是,该合金热处理强化效果小,力学性能不高,必须进行变质处理。Fe是铸造铝硅合金中的主要杂质元素。在铸造铝硅合金中,Fe以脆性的金属间化合物存在,如α-Fe、β-Fe等。随着合金含铁量的增加,特别是针状β-Fe相的形貌粗化和数量增多,会导致铸造铝硅合金力学性能的大幅下降。因此,含铁铝硅合金也需要对其中的针状铁相进行有效的变质处理。
已有的研究表明,加入合金元素Sr、Mn可以改善含铁铝硅合金中铁相的形貌,提高其力学性能。但是,对于ZL102在不同的含铁量情况下,通过Sr、Mn复合变质后的力学性能的相关研究较少。
因此,本文对在ZL102合金中添加不同含量的Fe、Mn和Sr元素下的力学性能进行研究,分析不同加入量的Sr、Mn元素对含铁ZL102合金的变质作用效果,以期为扩大ZL102合金的应用范围和高铁铝硅合金废料的循环利用提供参考。
ZL102合金成分为12wt%Si,余为Al。Si、Fe、Sr和Mn元素分别以Al-20wt%Si、Al-10wt%Sr、Al-20wt%Fe和Al-10wt%Mn中间合金锭加入,用99.99wt%纯铝调整合金的含铝量。试验主要设备为SG-75-12坩埚电阻炉(内置石墨坩埚,配DRZ-9型调节式测温控制仪),Olympus-BHM363U型摄影金相显微镜和INSTRON5882电子万能材料试验机。
在本试验范围内,Fe的加入量对铝硅合金力学性能响最大,Mn的次之,Sr的最小。复合添加适量的Mn、Sr元素,能有效中和Fe含量增加所带来的不利影响,大大提高合金的力学性能。本研究的最佳锰铁比应为ωMn/ωFe=1.1~1.3,同时Sr的最优加入量为0.12wt%。