摘要
Al-Si系铝合金，因其比强度高、密度小，铸造性能良好等优点，已经成为铸造铝合金中用量最大的一种。但合金中粗大的Si相严重影响合金力学性能，因此细化Si相对于提高Al-Si系合金的力学性能并扩大其工业应用有着重大意义。本文通过熔铸的工艺制备Al-7Si、Al-12Si、Al-7Si-0.5Mg、Al-12Si-0.7Mg、Al-7Si-0.5Mg-0.5Sc、Al-12Si-0.7Mg-0.5Sc合金，对合金进行搅拌摩擦加工（FSP）、轧制等塑性变形工艺，并结合热处理。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征技术以及显微硬度仪和万能力学试验机等测试方法，研究塑性变形及热处理对Al-Si基铝合金微观组织及力学性能影响。 研究结果表明：温轧（WR）或冷轧（CR）并未完全破坏Al-Si基合金中的共晶组织，但有效地减小了Si相间距，并引入了大量位错。在拉伸过程中，轧制样品裂纹扩展路径仍然沿枝晶边界移动，因此轧制样品表现出高强度、低塑性地力学性能特点；FSP有效地碎化了Si颗粒并使其均匀分布于Al基体中，从而消除了合金裂纹优先扩展通道，同时FSP样品中均匀分布的细Si相促进了WR过程中样品的进一步晶粒细化，与WRAl-Si样品相比，具有相同Si含量的FSP+WRAl-Si样品表现出更高的强度和塑性。 通过对FSP后Al-7Si-0.5Mg、Al-12Si-0.7Mg合金中Si颗粒数量及尺寸的统计发现，更高的Si含量并没有增加合金中Si颗粒的密度，而是导致了合金中的Si颗粒的粗化，这使得FSPAl-7Si-0.5Mg样品塑性优于FSPAl-12Si-0.7Mg。固溶-峰值人工时效（T6）处理没有改变Al-Si-Mg合金中金属相和Si相的尺寸、形状及分布，但使得β′′相析出。在T6处理前经历了变形处理的Al-Si-Mg合金均发生了再结晶和再结晶后晶粒长大，其样品均表现出等轴晶粒结构，平均晶粒尺寸约为72μm。FSP+WR+T6Al-Si-Mg样品因其第二相被细化且分布更加均匀，高密度的β′′相，较低的孔隙率而表现出优异的力学性能。其中FSP+WR+T6Al-7Si-0.5Mg样品的屈服强度（YS）、极限抗拉强度（UTS）和延伸率（EL）分别为303MPa、360MPa和8%，FSP+WR+T6Al-12Si-0.7Mg样品的YS、UTS和EL分别为302MPa、380MPa和7%。 在Al-Si-Mg合金的基础上，添加Sc元素得到Al-Si-Mg-0.5Sc合金。未经T6处理时，相较于未添加Sc合金，合金力学性能有一定提高，但在T6处理后合金因Sc与其它合金元素发生反应，生成多元含Sc化合物，且聚集于晶界处，引起了拉伸过程中的引力集中，导致其力学性能下降。
NETL