铸造A356铝合金的拉伸性能及其断口分析

   2023-09-13 互联网2140

  2.2 试样制备

  按照图1的取样方位将铸造A356一T6铝合金板制成拉伸毛坯,并按照GB/T228—2002标准将其加工成拉伸试样。在室温条件下进行拉伸试验,加载速率为0.008S-1,利用引伸计测定拉伸试样的屈服强度、断裂强度、延伸率。利用JEM.6400扫描电子显微镜来观察拉伸试样的断口形貌。将拉伸断口用环氧树脂保护,并利用线切割将断口沿拉伸轴向方向纵剖,将剖面先在不同粗细的金相砂纸上磨制,然后用2.5 μm的金相液进行抛光,采用0.5%氢氟酸水溶液进行组织腐蚀,最后置于MeF3型光学显微镜下观察断口纵剖面的组织形貌。

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图1 拉伸试样在铸造A356.T6铝合金板中取样位置图

  3 试验结果及讨论

  3.1 A356.T6铝合金的力学性能

  在室温条件下对铸造A356.T6铝合金进行拉伸试验,所测得的试验结果列于表2中。拉伸强度及其延伸率随铸造位置的变化趋势如图2所示,在绘制图2时,将同一水平面上的两根试样的拉伸值进行平均,并以浇道口所在的平面为零平面绘制拉伸性能随高度变化趋势。

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图2 铸造A356.T6铝合金的拉伸性能随铸造高度变化趋势

  从表2中可以得出铸造A356-T6铝合金的平均屈服强度、断裂强度、延伸率和断面收缩率分别为216.64MPa,224 MPa,1.086%和0.194%,经计算,相应值的标准差(Standard Deviation)分别为3.584 MPa,10.884 MPa,0.146% ,0.043% ,相应的平均值标准误差(Standard Error ofthe Mean)分别为1.267 MPa,3.628 MPa,0.049%,0.O14% ,因此测得的平均值是可信的。铸造A356.T6铝合金的屈服强度和断裂强度分别为文献[10]相应值的1.0和0.9, 为文献[11]相应值的1.17和0.86,因此该合金的拉伸屈服强度较好,但断裂强度较低。该合金断裂强度低主要与其延伸率较低相关,而延伸率受铸造合金内部缺陷的控制,文献[10]指出铸造缺陷强烈的影响其断裂延伸率。铸造条件(包括铸造温度、浇注温度梯度、浇注速度和铸造压力)的变化,将影响合金的凝固速率,进而影响铸造合金的微观结构。因此,即使相同合金成分和相同工艺制备的铸造合金, 其拉伸性能值也具有差异性。而对于热处理工艺,虽然都采用T6热处理,但是其固溶和时效温度及时间并不相同。延长固溶时间,有利于合金元素充分溶入基体中,这样合金的延伸性就能提高。

  表2 铸造A356.T6铝合金的拉伸性能

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  从图2中可以看出铸造A356-T6铝合金的拉伸屈服强度随离浇道口平面距离的增加而减小, 而断裂强度则是先减小然后再增大。但铸造A356-T6铝合金的延伸率随高度变化并不很明显。这些拉伸性能的变化与铸造过程中液态金属的凝固方位和速率有关,一般来说离模壁和浇道口较近的金属液首先凝固,而液态金属的中心部位和离冒气口较近的液体最后凝固,这样在最后凝固的金属中存在较多的渣滓、氧化膜和铸造缩孔,因此这些位置处的金属性能相对较低。而且Al-Si共晶体量和微观空隙的密度沿着凝固路径而增大,因此位于临近铸造合金体表面和远离出气端的试样表现出较高的拉伸性能。同时在铸造过程中由于凝固造成的气孔、缩孔和浇注过程形成的渣滓和氧化膜等缺陷在凝固金属中分布的随机性,所以导致了拉伸性能随铸造高度变化的波动性,对于5#拉伸试样,其断裂强度和延伸率都远低于其它拉伸试样,主要在于其内部分布着更多的铸造缺陷。

  3.2 A356-T6铝合金的断口形貌

  铸造A356-T6铝合金板中的1#拉伸试样的断口形貌如图3所示, 其断裂为准解理断裂, 也可以从扫描照片I二看出韧窝形貌,如图3a所示 在拉伸断口表面存在铸造留下的孔洞,如图3a和图3b中箭头所指,孔洞尺寸大者达到几百微米,小者只有几个微米大在断口的表面可明显的观察到二次裂纹和铸造缩孔,分别如图3c箭头所指和图3d所示 在断口表面可以看到合金内部存在与基体组织不同的相,如图3c所示。图3c中A 处的点扫描表明该处含有C,O,Al和Si元素,其原子分数分别为42.94%,1.54%,54.78%和0.74% ,在图3c中B位置处的面能谱分折表明该位置处不含C元素,o,A1和si元素的原子分数分别为7 23% .58.76%,34.01% 。这些C和O元素是从浇注过程带八的渣滓、氧化膜而形成的。

 
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