快速凝固Al-21Si-0.8Mg-1.5Cu合金时效析出行为

　　过共晶铝硅合金具有优良的性能，广泛应用于航天、航空、汽车、机械等行业的高精密耐磨件[1-3]。Si是该类合金组织中的析出相，其形状和分布与合金的力学性能密切相关。在常规铸造时，其组织中的初晶硅由于晶粒粗大，将严重割裂基体，切削加工性和韧性较差。快速凝固可以细化合金组织并能获得微纳米晶组织，使合金性能提高。但快速凝固高的冷却速度，使大量合金元素过饱和固溶于基体中，并引起晶格发生严重畸变，使合金系统处于高能亚稳定状态，使用过程中在外场作用下发生过固溶元素的脱溶以及沉淀相析出，合金的性能发生变化[4-11]。目前，颗粒增强铝硅基复合材料多采用粉末冶金法制备，在粉末烧结过程中，将会发生硅相的析出与长大现象，制备工艺难以控制。

　　本文采用单辊甩带法制备快速凝固Al-21Si-0.8Mg-1.5Cu合金条带，对其时效加热过程中的组织形态变化特征进行研究，探讨快凝铝硅合金时效组织变化规律，对有效控制快速凝固过共晶铝硅合金的组织及后续加工具有理论指导意义。

　　1 试验方法

　　试验合金的化学成分(质量分数，%)为: 21Si，1.5Cu，0.8Mg，其余Al。金属型铸造熔配Al-21%Si多元过共晶铝硅合金。采用单辊甩带法制备快速凝固铝硅合金条带，铜辊转速1600r/min，氩气压力为0.04MPa，所得薄带厚度18μm，宽度为10mm。时效处理时，分别加热到180、260、300、340、380、420℃，保温4h后出炉，空冷至室温。

　　采用Olympus-BX金相显微镜、扫描电镜、透射电镜对微观组织形貌进行分析，在MH-3型硬度计上测量合金的显微硬度，载荷为50g，保载时间5s。

　　2 结果及分析

　　2.1 试验合金快速凝固后的组织特征

　　铸态下多元过共晶铝硅合金变质处理后的组织为共晶基体上分布着尺寸为20～50μm的多角形块状初晶硅，共晶硅呈纤维状或短杆状，同时还有少量的合金元素的金属间化合物。快速凝固后合金组织细化，而且组织形态和相结构也发生了变化，图1是实验合金快速凝固后的组织形貌。可以看出: 其组织特征为基体组织上分布着细小等轴枝晶，其主要生长方向上的长度小于1μm。

　　图2的XRD图谱中可以看出，与铸态组织相比，快速凝固合金硅相衍射峰高度大幅度降低，衍射峰的宽带变宽，有明显的漫散射特征。表明硅相减少，且晶粒更加细小。

　　图3为快速凝固合金的TEM分析及衍射斑点标定，结果表明，基体中的等轴晶为α-Al固溶体，基体组织为α+Si共晶体，共晶Si的电子衍射斑点呈多晶衍射环，表现为超细微的羽毛针列状。快速凝固使Si相析出和共晶转变受到抑制，α相领先析出。快速凝固使大量的合金元素Si和全部Cu、Mg过饱和固溶于α-Al固溶体，过共晶成分的铝硅合金形成了微纳米级亚稳定的亚共晶组织。