微量钪对A357合金组织与性能的影响

　　A357合金是20世纪50年代末期由美国Cron和Zeuch研制成功，具有优良铸造性能、较高比强度与韧性、以及良好抗疲劳性能和耐蚀性能的亚共晶Al-Si合金,被广泛应用于航空、航天和军事等工业。随着航空航天工业和汽车制造业的迅猛发展，对铝合金的使用性能提出了更高的要求，为此，近几年国内外研究学者对A357熔铸工艺、晶粒细化、Si相变质和热处理工艺等进行了较多研究，以进一步提高合金的力学性能。

　　Sc是铝合金有效的细化变质剂、抗再结晶剂及强化剂,微量Sc能大幅提高铝合金的强度、塑性、高温性能及抗腐蚀性能。目前关于Sc对铝合金组织与性能影响的研究主要集中于变形铝合金，而对铸造铝硅合金组织的细化变质效果报道较少。本文在A357铸造合金中加入微量Sc，通过组织分析与性能测试，探讨Sc对A357合金组织与性能的影响，为A357合金细化变质工艺的优化和力学性能的提高提供实验依据。

　　以铝锭（99.9%Al）、镁锭（99.9%Mg）、Al-10%Sr、Al-3%Be、Al-2%Sc以及自制的Al-12%Si中间合金为原材料，配制不同的合金试样，各试样的化学成分如表1所示。

表1 合金试样的化学成分(质量分数，% )

　　采用电阻炉、石墨坩埚熔炼合金，在730～740℃时加入铝钪中间合金或铝锶中间合金进行细化变质处理，在740℃时用C2Cl6精炼除气后，合金液静置10min，于720℃浇入经200℃预热的金属模。各试样的铸态拉伸断口段经T6（540℃×12h固溶，40℃水淬火，165℃×6h时效）热处理后，用于试样热处理态的布氏硬度测试(压头直径5mm,载荷2500N)。

　　0.2wt%Sc加入A357合金中，能强烈细化α-Al，使α-Al的二次枝晶间距明显减小；同时，Sc能一定程度地改善共晶硅相的形态，从而有效提高合金的力学性能，但其变质效果远小于Sr。Sc、Sr联合加入，对A357合金铸态组织细化变质效果显著，能较大幅度提高合金的力学性能；与未添加Sc和Sr的A357合金相比，铸态抗拉强度和伸长率分别提高了37%、82.5%。