摘要
铸造铝硅合金具有优异的铸造性能和耐腐蚀性能，是目前应用最广的铸造铝合金。但是，对于Si含量超过6%的Al-Si合金，共晶Si常呈针片状，过共晶合金中会出现粗大的初晶Si。这样的组织特征会严重影响Al-Si合金的力学性能，限制其应用。SiO2是一种常见的廉价材料，Al-Si系合金中添加SiO2组成复合材料能够有效改变材料显微组织，提高材料的力学性能。但是，以SiO2为变质剂或细化剂改善Al-Si合金组织中共晶Si和初晶Si的形貌及分布，细化其尺寸的研究却少有报道。因此，本研究围绕SiO2添加量和铸造工艺参数对ZL102铝硅合金的组织与力学性能影响展开研究，研究结果对于高性能Al-Si系铸造合金的推广应用有着重要的参考意义和一定的应用价值。 本研究使用重力浇铸法制备合金样品，采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析合金组织及相组成。实验结果表明：SiO2与Al在860℃发生反应生成了α-Al2O3作为初晶Si的非均匀形核核心，提高了初晶Si的形核率，细化了初晶Si的尺寸，并在初晶Si与熔液界面处形成富铝状态，待熔体温度降低至共晶点时，Si和α-Al以搭桥的方式形成共晶组织，使α-Al和共晶Si同时得到细化。在860℃保温1h时，随着SiO2添加量的增加，共晶Si尺寸先下降后上升，SiO2添加量为2wt.%，对Si相细化效果最佳，此时共晶Si长度为6.5um，长宽比为3.8，合金抗拉强度为236MPa，延伸率为6.94%，相比于ZL102合金，共晶Si长度和长宽比分别降低了28.6%和16.8%，抗拉强度和延伸率分别提高了40.9%和66.83%。 通过改变保温温度、保温时间、浇注温度和搅拌频率探究了铸造工艺参数对合金组织的影响，发现提高保温温度、延长保温时间以及对熔体进行一定频率的搅拌都能够均匀整个合金熔液的成分和温度，消除α-Al枝晶组织，但搅拌间隔时间过长将失去均匀化效果，并且搅拌会导致Al2O3粒子的聚集，从而失去对Si相的细化效果。(ZL102+2wt.%SiO2)合金在860℃保温6h时能够将ZL102合金中的共晶Si形貌由针片状转变为细小粒状和短棒状，α-Al由枝晶状转变成板块状，消除枝晶组织，细化初晶Si和共晶Si的尺寸，此时合金的抗拉强度达到246.6MPa，延伸率达到9.72%，断裂方式为韧窝断裂。高温下浇注会降低熔体的冷却速度和过冷度，导致合金形成大量粗大的α-Al枝晶组织，由于α-Al枝晶的限制，共晶Si尺寸反而得到细化。
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