第12期 王恩容等：铸造共晶铝硅合金中析出相对断裂行为的影响 ·1511· a (b) 2 um 50nm (c) (d) 20 nm 8 nm 80 30 25 40 Mn 15 Mr Fe 10 Mn Cu 5 Cu 0 nw 0 6 12 0 6 12 能量keV 能量MeV 图2C℉合金中共品硅的透射电镜照片.(a)品界析出的共晶硅颗粒：(b)图(a)中方框区域内的析出相：(c)图(b)中宫铁相的高分辨照 片，箭头A所指：(d)图(b)中富铜相的高分辨照片，箭头B所指：()富铁相能谱：()富铜相能谱 Fig.2 HRTEM images of eutectic Si crystals in CF alloy:(a)eutectic Si crystal separated out near grain boundaries:(b)precipitates within the rectangle area in Fig.(a);(c)iron-tich phases in Fig.(b),marked with A:(d)copper-rich phases in Fig.(b),marked with B:(e)EDS spec- rum of iron-rich phases:(f)EDS spectrum of copper-rich phases 晶硅碎裂并从基体中剥离. 度超过该初晶硅颗粒本身所能承受的拉应力时，该 合金经A-P变质处理后，初晶硅颗粒尺寸降 初晶硅断裂，裂纹向颗粒内部迅速扩展，迅速贯穿整 低，尖锐棱角消失，均以外貌圆润的多边形块状分布 个晶粒.这种微裂纹可以单独形成，也可以几条同 在基体中.图4为实验合金拉伸试样断口附近纵向 时产生（图4(d)箭头B),这一断裂特点可以为裂纹 显微组织金相照片.从图4(a)和(b)可以看出，分 的扩展提供更多的通道 布在断口及断口附近的初晶硅颗粒均表现出穿晶断 根据Gith的理论，初生硅本身所能承受的拉 裂特点，晶粒内部微裂纹生长方向与断口方向（应 应力可表述为： 力轴向)垂直.基体中尺寸较大的初晶硅断裂截面 存在明显的李晶孔洞（图4(c)箭头），而直径小于2 (瓷)其 um的初晶硅颗粒内部结构完整，从微裂纹的分布 式中，y为表面断裂能，E为弹性模量，C为颗粒内部微 方向来看，其对二次裂纹的扩展具有明显的抑制作 裂纹长度.由此可见，存在内部缺陷的初晶硅颗粒能承 用（图4(）箭头A).这表明初晶硅中微裂纹的产 受的拉应力要比无缺陷的初晶硅低因此，在同样外力 生和扩展与其本身是否存在结构缺陷有关.拉伸过 作用下这类初晶硅优先断裂综上所述，合金中初、共 程中随着载荷的增加，作用在初生硅颗粒上的拉应 晶硅的断裂除与其形貌、尺寸及分布有关外，很大程度 力也逐渐增加，初晶硅与基体界面处的应力集中程 上取决于颗粒内部是否存在结构缺陷第 12 期 王恩睿等: 铸造共晶铝硅合金中析出相对断裂行为的影响 图 2 CF 合金中共晶硅的透射电镜照片 . ( a) 晶界析出的共晶硅颗粒; ( b) 图( a) 中方框区域内的析出相; ( c) 图( b) 中富铁相的高分辨照 片，箭头 A 所指; ( d) 图( b) 中富铜相的高分辨照片，箭头 B 所指; ( e) 富铁相能谱; ( f) 富铜相能谱 Fig． 2 HRTEM images of eutectic Si crystals in CF alloy: ( a) eutectic Si crystal separated out near grain boundaries; ( b) precipitates within the rectangle area in Fig． ( a) ; ( c) iron-rich phases in Fig． ( b) ，marked with A; ( d) copper-rich phases in Fig． ( b) ，marked with B; ( e) EDS spec￾trum of iron-rich phases; ( f) EDS spectrum of copper-rich phases 晶硅碎裂并从基体中剥离． 合金经 Al--P 变质处理后，初晶硅颗粒尺寸降 低，尖锐棱角消失，均以外貌圆润的多边形块状分布 在基体中． 图 4 为实验合金拉伸试样断口附近纵向 显微组织金相照片． 从图 4( a) 和( b) 可以看出，分 布在断口及断口附近的初晶硅颗粒均表现出穿晶断 裂特点，晶粒内部微裂纹生长方向与断口方向( 应 力轴向) 垂直． 基体中尺寸较大的初晶硅断裂截面 存在明显的孪晶孔洞( 图 4( c) 箭头) ，而直径小于 2 μm 的初晶硅颗粒内部结构完整，从微裂纹的分布 方向来看，其对二次裂纹的扩展具有明显的抑制作 用( 图 4( d) 箭头 A) ． 这表明初晶硅中微裂纹的产 生和扩展与其本身是否存在结构缺陷有关． 拉伸过 程中随着载荷的增加，作用在初生硅颗粒上的拉应 力也逐渐增加，初晶硅与基体界面处的应力集中程 度超过该初晶硅颗粒本身所能承受的拉应力时，该 初晶硅断裂，裂纹向颗粒内部迅速扩展，迅速贯穿整 个晶粒． 这种微裂纹可以单独形成，也可以几条同 时产生( 图 4( d) 箭头 B) ，这一断裂特点可以为裂纹 的扩展提供更多的通道． 根据 Griffith 的理论，初生硅本身所能承受的拉 应力可表述为［15］: σf = ( 2Eγ π ) C 1 2 ． 式中，γ 为表面断裂能，E 为弹性模量，C 为颗粒内部微 裂纹长度． 由此可见，存在内部缺陷的初晶硅颗粒能承 受的拉应力要比无缺陷的初晶硅低． 因此，在同样外力 作用下这类初晶硅优先断裂． 综上所述，合金中初、共 晶硅的断裂除与其形貌、尺寸及分布有关外，很大程度 上取决于颗粒内部是否存在结构缺陷． ·1511·