ZL102合金鑄造性能優良,耐磨性、抗蝕性、耐熱性好,廣泛應用于壓鑄件或要求耐蝕、耐磨和承受中小載荷的薄壁、復雜鑄件。但是,該合金熱處理強化效果小,力學性能不高,必須進行變質處理。Fe是鑄造鋁硅合金中的主要雜質元素。在鑄造鋁硅合金中,Fe以脆性的金屬間化合物存在,如α-Fe、β-Fe等。隨著合金含鐵量的增加,特別是針狀β-Fe相的形貌粗化和數量增多,會導致鑄造鋁硅合金力學性能的大幅下降。因此,含鐵鋁硅合金也需要對其中的針狀鐵相進行有效的變質處理。
已有的研究表明,加入合金元素Sr、Mn可以改善含鐵鋁硅合金中鐵相的形貌,提高其力學性能。但是,對于ZL102在不同的含鐵量情況下,通過Sr、Mn復合變質后的力學性能的相關研究較少。
因此,本文對在ZL102合金中添加不同含量的Fe、Mn和Sr元素下的力學性能進行研究,分析不同加入量的Sr、Mn元素對含鐵ZL102合金的變質作用效果,以期為擴大ZL102合金的應用范圍和高鐵鋁硅合金廢料的循環利用提供參考。
ZL102合金成分為12wt%Si,余為Al。Si、Fe、Sr和Mn元素分別以Al-20wt%Si、Al-10wt%Sr、Al-20wt%Fe和Al-10wt%Mn中間合金錠加入,用99.99wt%純鋁調整合金的含鋁量。試驗主要設備為SG-75-12坩堝電阻爐(內置石墨坩堝,配DRZ-9型調節式測溫控制儀),Olympus-BHM363U型攝影金相顯微鏡和INSTRON5882電子萬能材料試驗機。
在本試驗范圍內,Fe的加入量對鋁硅合金力學性能響最大,Mn的次之,Sr的最小。復合添加適量的Mn、Sr元素,能有效中和Fe含量增加所帶來的不利影響,大大提高合金的力學性能。本研究的最佳錳鐵比應為ωMn/ωFe=1.1~1.3,同時Sr的最優加入量為0.12wt%。