·1514 北京科技大学学报 第33卷 特点.这说明热处理后从基体中析出的细小富铜相 性能.结合实验合金力学性能数据来看，当C山质量 自身强度高，能够强烈阻碍裂纹扩展，对基体强化作 分数为5.0%时，这种改善作用最明显.相对于时效 用明显.从图6(b)中可以看出，尺寸小于2.0um 后从基体中析出的细小富铜相来说，块状富铜相对 的块状AL,Cu相以富铁相为核心析出，富铜相的这 基体的强化作用稍弱.这是因为一方面块状富铜相 种分布特点能够阻碍拉伸过程中富铁相的形变，防 尺寸较大（>5.0μm),强化效果小；另一方面块状 止富铁相在较低的应力作用下发生断裂，从而提高 富铜相多以富铁相为核心形核长大，富铁相在应力 微裂纹产生和扩展的门槛值.可见这部分富铜相的 作用下产生的裂纹容易扩散到富铜相中，或沿着两 存在，能够改善富铁相的有害作用，提高合金的力学 相边界传播. 3 um 30 um 101c 5 (d)Al Cu 6 4 3 Mn Fe Cu 0 0 45678910 456 7 8910 能量keV 能量keV 图6CU合金中富铜相在断口处的形貌及分布.(a)富铜相在断口韧窝处的分布：(b)富铜相依附于富铁相析出：(c)图(b)中富铁相的 能谱分析，A点：(d)图(b)中宫铜相的能谱分析，B点 Fig.6 Copper-tich phases presented in the fracture surface of CU alloy:(a)copper-tich phases presented near dimples:(b)copper-tich phases separated out with a-Fe as a nucleation site:(e)EDS spectrum of Position A:(d)EDS spectrum of Position B 性能 3结论 (1)拉伸过程中初、共晶硅多表现为穿晶断裂 参考文献 特点，这与生长过程中颗粒内部形成的结构缺陷有 [1]Dobrzafiski L A,Borek W,Maniara R.Influence of the crystalli- zation condition on Al-Si-Cu casting alloys structure.J Achier Ma- 关；初晶硅中微裂纹优先在孪晶孔洞处产生，颗粒尺 ter Manuf Eng,2006,18(1/2):211 寸约为2.0um的初晶硅对二次裂纹的扩展具有阻 2]Caceres C H,Svensson I L,Taylor J A.Strength-ductility behav- 碍作用. iour of Al-Si-Cu-Mg casting alloys in T6 temper.Int J Cast Met (2)合金中富铁相的形貌有块状和鱼骨状两 Res,2003,15:531 种，其中微裂纹形成特点也各有不同：块状富铁相与 B] Wang Q G.Microstructural effects on the tensile and fracture be- havior of aluminum casting alloys A356/357.Metall Mater Trans 基体界面结合良好，应力作用下发生穿晶断裂，微裂 A,2003,34(12):2887 纹扩展过程中伴随着新裂纹的形成：鱼骨状富铁相 [4]Harlowa D G,Nardiello J,Payne J.The effect of constituent par- 对基体变形阻碍作用强，微裂纹沿一次枝晶纵向分 ticles in aluminum alloys on fatigue damage evolution:statistical 布，这类裂纹尺寸大，直接影响到合金的最终断裂 observations.Int J Fatigue,2010,32 (3)505 (3)富铜相对基体强化作用明显，对裂纹在基 [5]Lee F T,Major J F,Samuel F H.Effect of silicon particles on the fatigue crack growth characteristics of A142 Wt Pet Si-0.35 Wt 体中的扩展具有强烈的偏折作用：分布在富铁相周 Pet Mg-(0-4.02)Wt Pet Sr casting alloys.Metall Mater Trans A, 围的富铜相能抑制富铁相中微裂纹的形成，提高C山 1995,26(6):1553 含量可以改善富铁相的有害作用，提高合金的力学 [6]Moffat A J,Barnes S,Mellor B G.The effect of silicon content on北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 特点． 这说明热处理后从基体中析出的细小富铜相 自身强度高，能够强烈阻碍裂纹扩展，对基体强化作 用明显． 从图 6( b) 中可以看出，尺寸小于 2. 0 μm 的块状 Al2Cu 相以富铁相为核心析出，富铜相的这 种分布特点能够阻碍拉伸过程中富铁相的形变，防 止富铁相在较低的应力作用下发生断裂，从而提高 微裂纹产生和扩展的门槛值． 可见这部分富铜相的 存在，能够改善富铁相的有害作用，提高合金的力学 性能． 结合实验合金力学性能数据来看，当 Cu 质量 分数为 5. 0% 时，这种改善作用最明显． 相对于时效 后从基体中析出的细小富铜相来说，块状富铜相对 基体的强化作用稍弱． 这是因为一方面块状富铜相 尺寸较大( ＞ 5. 0 μm) ，强化效果小; 另一方面块状 富铜相多以富铁相为核心形核长大，富铁相在应力 作用下产生的裂纹容易扩散到富铜相中，或沿着两 相边界传播． 图 6 CU 合金中富铜相在断口处的形貌及分布 . ( a) 富铜相在断口韧窝处的分布; ( b) 富铜相依附于富铁相析出; ( c) 图( b) 中富铁相的 能谱分析，A 点; ( d) 图( b) 中富铜相的能谱分析，B 点 Fig． 6 Copper-rich phases presented in the fracture surface of CU alloy: ( a) copper-rich phases presented near dimples; ( b) copper-rich phases separated out with α-Fe as a nucleation site; ( c) EDS spectrum of Position A; ( d) EDS spectrum of Position B 3 结论 ( 1) 拉伸过程中初、共晶硅多表现为穿晶断裂 特点，这与生长过程中颗粒内部形成的结构缺陷有 关; 初晶硅中微裂纹优先在孪晶孔洞处产生，颗粒尺 寸约为 2. 0 μm 的初晶硅对二次裂纹的扩展具有阻 碍作用． ( 2) 合金中富铁相的形貌有块状和鱼骨状两 种，其中微裂纹形成特点也各有不同; 块状富铁相与 基体界面结合良好，应力作用下发生穿晶断裂，微裂 纹扩展过程中伴随着新裂纹的形成; 鱼骨状富铁相 对基体变形阻碍作用强，微裂纹沿一次枝晶纵向分 布，这类裂纹尺寸大，直接影响到合金的最终断裂． ( 3) 富铜相对基体强化作用明显，对裂纹在基 体中的扩展具有强烈的偏折作用; 分布在富铁相周 围的富铜相能抑制富铁相中微裂纹的形成，提高 Cu 含量可以改善富铁相的有害作用，提高合金的力学 性能． 参 考 文 献 ［1］ Dobrzański L A，Borek W，Maniara R． Influence of the crystalli￾zation condition on Al-Si-Cu casting alloys structure． J Achiev Ma￾ter Manuf Eng，2006，18( 1 /2) : 211 ［2］ Cceres C H，Svensson I L，Taylor J A． Strength-ductility behav￾iour of Al-Si-Cu-Mg casting alloys in T6 temper． Int J Cast Met Res，2003，15: 531 ［3］ Wang Q G． Microstructural effects on the tensile and fracture be￾havior of aluminum casting alloys A356 /357． Metall Mater Trans A，2003，34( 12) : 2887 ［4］ Harlowa D G，Nardiello J，Payne J． The effect of constituent par￾ticles in aluminum alloys on fatigue damage evolution: statistical observations． Int J Fatigue，2010，32( 3) : 505 ［5］ Lee F T，Major J F，Samuel F H． Effect of silicon particles on the fatigue crack growth characteristics of A1-12 Wt Pct Si-0. 35 Wt Pct Mg-( 0-0. 02) Wt Pct Sr casting alloys． Metall Mater Trans A， 1995，26( 6) : 1553 ［6］ Moffat A J，Barnes S，Mellor B G． The effect of silicon content on ·1514·