成果介紹：Al-12. 4Si-4. 5Cu合金擠壓鑄造工藝研究
擠壓鑄造工藝其實質是把液態(tài)金屬直接澆入模具型腔，然后在一定時間內以一定的壓力作用于半熔融或半凝固的金屬上，在高壓下凝固成型。液態(tài)金屬在高壓之下，其固相線向高溫方向移動。若液態(tài)金屬在接近固相線時，施加的壓力使液態(tài)金屬處于過冷狀態(tài)，在大的
過冷度條件下，液態(tài)金屬便能生核并長大，形成晶粒的內生長，阻礙了原來（未加壓時）枝晶的單向延伸，而形成等軸晶組織1-3J，同時也避免偏析。由于結晶是在壓力下進行的，其鑄件內部組織致密，無縮孔與縮松。
1 試驗方法
1.1試驗材料和設備
Al-Si合金隨Si含量的增加表現出良好的耐磨性和低的線膨脹系數，高溫強度和工藝性均較好。未經過變質處理的過共晶Al-Si合金中存在粗大塊狀初晶Si和粗大長針狀共晶Si組織，使基體嚴重割裂，惡化了力學性能，同時切削加工性能也很差，所以Si的含量（質量分數，下同）應在共晶處為佳。
為改善Al-Si合金的常溫性能，常在合金中加入起沉淀強化作用的Cu元素，使合金在熱處理過程中，由于Cu的固溶硬化和A12 CL1中間相的析出硬化而使材料強度提高。要使Al、Si元素在共晶反應時得到完全融合，加熱溫度應高于577。C。又因為在548℃時，Cu在Al中的最大溶解度為5.65%，而溫度降到302℃時，Cu的溶解度為0.45%。為使Al-Si共晶反應充分且Cu充分溶解，溫度應取在600℃左右。Cu含量在
4．O%～6.8%時強化效果最好，故取w(Cu)一4.5%。
試驗設備包括四柱式壓力機、金屬線切割機、坩堝電阻爐、CMT5105型微機控制電子萬能試驗機、XJ L-02A型立式金相顯微鏡、JSM-6390LV型掃描電鏡。
1.2工藝參數
試驗中壓力分別為100、150、200 kN；模具預熱溫度分別為200、230和250℃；根據合金相圖選取澆注溫度為620、650、680℃；保壓時間分別為10、12和14 s；采用自配潤滑劑潤滑。采用L9 (34)進行正交試驗，因素、水平見表1。
1.3擠壓鑄造
采用液壓機擠壓鑄造成形狀簡單的厚壁件，擠壓鑄造工藝流程為：合金熔煉一模具安裝及潤滑一模具預熱一變質處理一澆注一合模一施加壓力一保壓一卸壓一埋砂降溫一取出試樣。
1.4熱處理
Al-12. 4Si-4. SCu合金造成形后進行T6固溶處理（淬火）加完全人工時效以獲得高強度，但塑性和耐腐蝕性會有所下降。固溶和時效處理工藝見表2。
2 試驗結果與分析
把兩組試驗鑄件各截取一塊，經過磨制、拋光，用體積分數為0.5%的HF酸溶液與水1：1配比后進行腐蝕，在XJL-02A型立式金相顯微鏡和JSM-6390LV掃描電鏡下對試樣進行組織形貌觀察分析。然后對標準拉伸試樣進行拉伸，比較不同工藝參數下的抗拉強度及伸長率，再將磨好的試樣的金相面進行硬度測試。
2.1 抗拉強度與伸長率
熱處理前后試樣的抗拉強度和伸長率見表3。
由表3可知，每組中熱處理后的試樣抗拉強度都比熱處理前的高（除了存在缺陷的1、4號外），且熱處理前最低值為133.1 MPa，熱處理后最高值為239.9 MPa，熱處理后最高值與熱處理前最低值相比高了106.8MPa。熱處理后雖然抗拉強度有所增加，但是伸長率卻降低。
對經熱處理后的試樣抗拉強度進行正交試驗，其極差分析結果表明，熱處理后最好的方案為B3A1D3 C3，即澆注溫度為680℃，模具預熱溫度為200℃，壓力為200 kN，保壓時間為14 s。
2.2硬度
通過維氏硬度計測得試樣熱處理前后的硬度值，見表4。從表4可以看出，熱處理后的硬度值明顯高于熱處理前的硬度值，熱處理前、后試樣的硬度值(HV)最高的都是第3組，分別為152.1和156.8。
2.3 Al-12. 4S1-4. 5Cu合金擠壓鑄造件顯微組織分析
2.3.1熱處理前后的顯微組織對比
圖1是Al-12. 4Si-4. 5Cu合金擠壓鑄造件3號試樣（即模具預熱溫度為200℃，澆注溫度為680℃，保壓時間為14 s，壓力為200 kN）的顯微組織。圖la中亮灰色物質為Al，還存在大塊的Si晶體且分布不均。經過T6熱處理后，大部分的A12 Cu已經熔入白色的a—Al中（見圖lb），大塊的Si晶體已經不存在了，只有組織細小、分布均勻的灰色Si顆粒。
此外從圖1中可以看出，熱處理前合金組織比較粗大，分布也不太均勻；而經過熱處理的組織比較均勻、細小，說明Al-12. 4Si-4. 5Cu合金擠壓鑄造件經過熱處理后，改善了其顯微組織，進而能提高其力學性能。
2.3.2不同工藝參數下的顯微組織對比
圖2是不同工藝下A1-12. 4Si-4. 5Cu合金擠壓鑄造件的微觀組織，可以看出熱處理前(圖2a、圖2b、圖2c)、熱處理后(圖2d、圖2e、圖2f)不同工藝參數下微觀組織的區(qū)別。在圖2a中枝晶組織粗大，a-AI的排列也較為集聚，容易產生裂紋，在組織最為粗大的地方，由于組織的不均，各種缺陷的集聚，就容易使材料成為廢品。在圖2f中組織細小，分布也較為均勻，硬度也明顯提高，由于沒有粗大組織的集聚，就會減少很多缺陷，所以該工藝參數下的鑄件的力學性能是比較好的。
2.4不同工藝條件下斷口形貌
圖3是不同工藝下Al-12. 4Si-4. 5Cu擠壓鑄造件的斷口形貌，通過觀察，可以看出熱處理前(圖3a、圖3b、圖3c)、熱處理后(圖3d、圖3e、圖3f)斷口形貌的不同，可以看出所得斷口形貌解理面逐漸減小，韌窩逐漸增多，鑄件韌性也越來越好。
在圖3a中，斷口形貌的解理面很大，而韌窩很少，具有脆性斷裂特征，可以看到有裂紋，這種工藝參數下生產的鑄件不易機加工。
在圖3f中，斷口形貌的解理面很小，并且有大量的韌窩，具有韌性斷裂特征。這種鑄件的強度和韌性都比較好，易于機加工，所以選擇在該工藝參數下進行擠壓鑄造。
3 結 論
(1)經過熱處理，大大提高了Al-12. 4Si-4. 5Cu合金擠壓鑄造件的力學性能，抗拉強度和硬度明顯增加，但是韌性有所下降。
(2)經過固溶時效熱處理，Al-12. 4Si-4. 5Cu合金擠壓鑄造件的微觀組織比熱處理前的更加均勻、細小。
(3) Al-12. 4Si-4. 5Cu合金擠壓鑄造的最佳工藝是：澆注溫度為680℃，模具預熱溫度為200℃，壓力為200 kN，保壓時間為14 s。
4摘 要
采用正交試驗研究了澆注溫度、擠壓力、模具預熱溫度和保壓時間等工藝參數對Al-Si-Cu合金的微觀組織和力學性能的影響。在21_102合金中加入純Cu，得到成分為Al-12. 4Si-4. 5Cu合金，進行了正交試驗。結果表明，與普通鑄件相比，擠壓鑄件微觀組織更加細小均勻，力學性能顯著提高，但韌性有所降低。Al-12. 4Si-4. 5Cu合金的最佳工藝方案是，澆注溫度為680℃，模具預熱溫度為200℃，壓力為200 kN，保壓時間為14 s。熱處理后，抗拉強度比熱處理前高了106.8MPa，硬度(HV)比熱處理前高了20。
