摘要：随着科技的发展以及对铝硅合金性能要求的提高，现阶段的合金元素对合金组织的调控及固溶时效热处理存在着一些问题。在未来的固溶时效热处理的发展趋势中，短时、高效、低成本、强度与塑性有机统一提高，控制稀土元素的加入量、固溶时Si相的形貌与尺寸，以及时效时Mg2Si强化相析出的速度、尺寸与数量将成为未来合金元素调控及固溶时效热处理工艺发展的方向。

关键词：铸造铝硅合金;热处理工艺;合金处理

引言：

目前，铸造铝硅合金通常被用于制造中低强度的复杂铸件。但是铸造铝硅合金的塑性、韧性偏低，强度与铝镁、铝铜系铸造合金相比较低，其综合力学性能总体不高，因此提高铸造铝硅合金的性能以满足工业生产不同需求，已成为当下铝合金行业研究的重点之一。调整合金的固溶及时效处理工艺能对合金组织和性能造成较大的影响。通过改善固溶处理工艺，可以均匀化合金元素、调节固溶原子在固溶体中的组织结构以及分布方式，在改善合金强度、塑性的同时，为后续时效处理做准备;而时效处理中，随着时效的进行，溶质原子与第二相组织逐渐析出，在铝合金中起到了析出强化的作用，增加铝合金的强度。其中沉淀相的种类、组织形貌以及分布状况都与合金的性能有着较大的联系。时效处理通过改变时效时间与时效温度可以控制经固溶处理后合金的组织，从而较为简便地得到符合人们需要的使用性能。因此有必要对铸造铝硅合金的时效处理工艺进行深入了解。国内外的研究人员进行了大量的研究。

1合金元素对铸造铝硅合金的组织与性能影响

铝硅合金中常添加的元素有Mg、Cu、Mn、Sr和RE等。Mg元素能固溶到α-Al中引起晶格畸变，起到固溶强化作用，同时Mg与Si生成Mg2Si相，其为强化相，使合金硬度提高。铝硅合金中Cu含量达到2.5%，Al2Cu相的数量增多，分布于α-Al和共晶硅的界面，起到强化作用，但是强化相粗大的形貌和分布的不均匀性使得合金伸长率下降。Mn可以使铝硅合金中初生硅数量减少，尺寸减小，共晶硅变为更为短小的针状组织[1]。含Mn过共晶铝硅合金在均匀化过程中会析出含Mn的弥散相颗粒，具有高密度和高热稳定性，细化再结晶晶粒，同时也会成为时效强化相的形核核心，对合金的力学性能和加工性能有重大的影响。Sr能使共晶Si相的形态由针状变成纤维状;复合添加Mn、Sr元素后，铝硅合金中AlFeSi相均匀分布于α-Al枝晶中，Mn对针状Fe相形态的改善作用要比Sr的大。一定量的Ba对ZL109中共晶硅有良好的变质作用，同时具有良好的抗变质衰退能力和重熔特性，变质后的合金可获得较高的强度;但当Ba含量超过0.125%，组织中出现了少量针状相，性能也相应降低[2]。随Fe含量增加，A356铝合金中富铁相尺寸增大，形貌从骨骼状转变为针状，合金的抗拉强度下降，高铁铝合金铸件中大片状富铁金属间化合物颗粒促进了疲劳裂纹的萌生，是裂纹源的来源之一，然而Fe含量增加会使合金的高温短时抗拉强度增加。Sb加入A356变质后，增加了合金的致密度，且变质效果具有长效性;Zr可以有效细化晶粒和抑制再结晶。Zn元素加入到一定量可使变质铝硅合金的组织内形成共晶团，随Zn量增高合金的硬度增大，伸长率减小。在过共晶铝硅合金中加入磷盐，形成A1P异质核心，初晶硅尺寸减少，形状从板块状变成多角形或者团块状，磷盐-锶盐复合变质的过共晶铝硅合金具有良好的力学性能、耐磨性和铸造性能。

2铸造铝硅合金热处理工艺的应用

2.1固溶处理

在固溶处理过程中，随着固溶温度的增高、固溶时间的增加，合金中的第二相组织溶解更加充分，合金元素分布更加均匀，空位以及位错等缺陷增多。因此在进行冷却后，能形成组织、成分较为均匀的过饱和固溶体，使后续的时效处理效果更好。但是要注意的是，固溶温度与固溶时间较高后，会发生过烧现象，从而降低后续时效处理的效果，危害合金性能。因此一般固溶温度保持在合金的共晶温度附近，争取不发生过烧的同时，提高固溶处理的效果。在固溶处理冷却降温的过程中，冷却速度的选择也与后续的时效处理息息相关[3]。进行淬火处理后，合金在加热过程中过饱和固溶体的组织形貌会保留到室温状态下，而冷却一开始时，其中的组织便发生了变化，已经有了第二相组织的析出和空位、位错等缺陷的移动。当冷速较低时，过饱和固溶体中的组织变化较大，不利于后续时效处理的效果。当冷速较高时，又会使合金中的应力过大导致合金发生变形开裂。

2.2时效处理

将合金在一定温度条件下放置一段时间，调节合金中过饱和固溶体的分解析出过程，从而改变合金的组织形态以及分布，进而改善合金性能的一种热处理工艺即时效处理。为了获得符合人们需求的使用性能，铸造Al-Si合金在经过固溶处理后，通过对合金采用不同的时效处理工艺，可得到符合人们需求的合金性能[4]。时效处理只需要改变时效温度以及时效时间便能影响合金的组织从而改善性能，在工业生产中有较好的性价比，也是当前铝合金最为常用的热处理手段之一，因此了解铸造Al-Si合金的时效处理工艺对工业生产有着一定程度的参考意义。当前的时效处理研究主要围绕添加Mg，Zn，Cu等合金元素，单级时效、双级时效以及回归再时效进行展开。

结束语

总之，铸造铝硅合金获得了广泛应用，亚共晶铝硅合金以A356铝合金为代表，具有不少优点。过共晶铝硅合金具有耐磨性、耐热性、耐腐蚀、热膨胀系数小和体积稳定性好等特点，是制造气缸和活塞的理想材料。若对合金直接进行铸造使用，会因为内部晶粒分布不均匀导致性能很差，无法达到正常使用的标准。经过元素调控和热处理可以改变组织，可获得更为优异的性能。文中详细介绍合金元素对铝硅合金组织与性能的影响、铝硅合金热处理的强化机制和热处理工艺。

参考文献：

[1]陈隆波，顾吉仁，郭纪林.T6热处理对铸造铝硅合金组织与硬度的影响[J].铸造，2021，70（09）：1038-1042.

[2]刘晓勇，张翼.Al-12Si-CuNiMg铸造铝硅合金在多轴加载下的疲劳性能[J].机械工程材料，2020，44（12）：67-70.

[3]何若虚.铝硅合金减速器壳体砂型铸造工艺设计[J].铸造，2020，69（07）：761-763.

[4]张国栋，龚卓，郑飞，温志高，彭明诚.过共晶铸造铝硅合金A-TIG重熔组织和性能[J].焊接，2019（07）：21-25+66.