超声波处理对铸造铝合金组织和力学性能的影响

杨途才，李雪姿，石登陆，陈真，杨兰

（百色学院，广西 百色 533000）

A356铝合金具有优越的性能，被用来制造汽车轮毂，而且经过T6处理后，明显改善其显微组织，切屑性能和塑性得到改善[1]。添加适量的稀土Er主要的目的是为了使粗大的鱼骨状晶粒变得细小、圆整、规整的小块状，并且强化相与铝基体能够均匀分布，这样既提高力学性能，又改善切屑性能，满足使用需求。

铸造A356铝合金经过晶粒细化和热处理后，抗拉强度、屈服强度、断后伸长率等各方面的性能得到相应的改善，成为汽车零配件的合适材料[2]。Ejiofor J.U，Reddy R.G等[3]通过研究发现，稀土能够和A356铝合金发生强化作用，使合金的晶界出现更加多的强化相，提高了合金的再结晶温度，切屑性能也得到改善。Sharan R，Anantharman T R[4]研究表明，添加0.5～1%的稀土元素能使A356铝合金组织发生变质作用，使合金组织晶粒细小；后来他又通过试验研究认为，稀土的添加量在0.1%～0.6%，改善合金组织结构，此时合金的力学性能得到综合提高。

本文研究超声波振动对A356铝合金组织和力学性能的影响，通过对比经超声波振动前后铝合金组织和性能的变化，确定超声波振动对铝合金获得良好组织与性能的最佳时间，为改善A356铝合金组织和力学性能提供借鉴。

1 试验

图1 拉伸试样模具

实验中所采用的原材料为纯铝、Si、Mg、Al-10%Er中间合金、块状六氯乙烷、耐火材料等，利用Nabertherm箱式坩埚熔炼炉熔炼，待Al、Mg、Si成分均匀后，使熔炼炉中铝液温度稳定在720℃，将超声波振动工具头插入铝液中，保持5min、10min、20min不同的时间，浇筑到预热的金属拉伸模具中（金属拉伸模具如图1所示），得到A356铝合金拉伸棒，经过加工得到试验用的铝合金拉伸棒。具体的工艺流程如图2所示，得到试验所有的毛坯棒，经过热处理后，加工成拉伸棒如图3所示。

图2 工艺流程图

图3 拉伸试样

3 超声波振动时间对A356铝合金组织的影响

图4-7所示为A356铝合金经超声波振动不同时时间后，经粗磨、细磨、抛光、腐蚀后，在显微镜下放大200倍的组织。图中可知，A356铝合金组织中主要以初生相α-Al(白色部分)、共晶硅以及强化相Mg2Si。图4为A356铝合金不经超声波振动的组织，图5为A356铝合金经超声波振动5 min的组织，图6为A356铝合金经超声波振动10 min的组织，图7为A356铝合金经超声波振动15 min的组织。对比图4-7可知，图4组织晶粒较为粗大，共晶硅形状不均匀，分布不均匀，颗粒较为粗大，合金成分偏析。经过超声波振动过后，合金的组织晶粒逐渐变小变细，形状由不规则的鱼骨状向圆形状转变，组织分布慢慢均匀，成分偏析现象没有那么明显。特别是在超声波振动10min的状态下，合金的晶粒组织较为均匀，成分分布较为均匀。

图4 超声波振动0 min的组织

图5 超声波振动5 min的组织

图6 超声波振动10 min的组织

图7 超声波振动15 min的组织

4 超声波振动时间对A356铝合金力学性能的影响

经超声波振动不同时间后A356铝合金的力学性能。超声波振动10 min后，A356铝合金表现出较好的力学性能。未经超声波振动的A356铝合金的抗拉强度为215MPa，之后随振动时间的增加，合金的抗拉强度逐渐增大。当振动时间为5min、10min、15min时，A356铝合金的抗拉强度分别为230 MPa、260 MPa、235 MPa。尤其是当超声波振动10 min时，A356铝合金的抗拉强度达到了260MPa，超声波振动10 min后，对A356铝合金的抗拉强度的增强作用尤为明显。

5 结论

（1）超声波振动能够改善、细化A356铝合金晶粒。经过超声波振动过后，合金的组织晶粒逐渐变小变细，形状由不规则的鱼骨状向圆形状转变，组织分布慢慢均匀，成分偏析现象没有那么明显。特别是在超声波振动10min的状态下，合金的晶粒组织较为均匀，成分分布较为均匀。

（2）超声波振动提高A356铝合金的力学性能，经超声波振动后，A356铝合金表现出较好的力学性能。尤其是当超声波振动10 min时，A356铝合金的抗拉强度达到了260MPa，力学性能最优。