摘要
A319合金是一种高Cu含量的铸造铝硅合金，被广泛应用于汽车零件中。作为A319合金中最主要的金属间化合物，Al2Cu相特征的变化对合金的力学性能有显著影响。虽然国内外对铸造铝合金中Al2Cu相等金属间化合物进行了许多研究，但Al2Cu相的三维特征研究非常有限，空间分布均匀性等问题尚未见研究报道。此外，Al2Cu相对A319合金裂纹起源与扩展的三维原位观察与分析的研究很少。本文探讨了Al2Cu相与A319合金力学行为之间的联系，对认知该合金组织性能关系和优化铸件性能具有重要意义。 为了研究Cu含量与冷却速度对A319合金中Al2Cu相三维特征的影响，制备了不同Cu含量的楔形铸件。选取不同Cu含量和冷却速度试样进行高分辨（0.72μm）三维X射线断层扫描与重构。利用多重分形算法，定量表征不同Cu含量和冷却速度试样中Al2Cu相的空间分布均匀性。结果表明，随着Cu含量增加，A319合金中Al2Cu相的总体积、最大Al2Cu相体积逐渐增加，平均体积增加且增加幅度变大，数量呈先增加后减小的趋势；Al2Cu相形貌复杂度整体下降，其球形度和紧凑度更高，比表面积更低；此外，Al2Cu相的空间分布均匀性先提高了37%，后降低了25%。随着冷却速度降低，Al2Cu相的平均体积和最大Al2Cu相体积增加，数量明显下降；Al2Cu相形貌复杂度整体下降，其球形度和紧凑度提高，比表面积下降；且Al2Cu相的空间分布均匀性降低了67%。 通过X射线断层扫描原位拉伸实验，研究了3.5Cu-1和4.0Cu-1试样的动态拉伸断裂过程。结合常规拉伸实验，分析了拉伸过程中的PLC效应。结果表明，Cu含量和冷却速度对PLC效应有显著影响，且变形初期应力重新加载将导致PLC效应暂时消失。在原位拉伸过程中，3.5Cu-1试样和4.0Cu-1试样的主裂纹分别起源于表面的孔洞和Al2Cu相。原位拉伸观察表明，4.0Cu-1试样的Al2Cu相易在低应变下断裂。相同应变下，4.0Cu-1试样Al2Cu相的断裂在主裂纹扩展路径前方形成了更多的微裂纹，这些微裂纹将与主裂纹相连，导致了主裂纹扩展速率更高、路径更曲折。在拉伸过程中，主裂纹不断穿过Al2Cu相，最终导致断口中出现大量Al2Cu相，在4.0Cu-1试样中更为明显。
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