D0I:10.13374.issn1001-053x.2011.12.012 第33卷第12期 北京科技大学学报 Vol.33 No.12 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 铸造共晶铝硅合金中析出相对断裂行为的影响 王恩睿12)惠希东)区王建国”谷凤龙2》 1)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 2)邯郸钢铁集团有限责任公司，邯郸056001 ☒通信作者，E-mail:xdhui(@usth.cdu.cn 摘要通过对铸造共晶AS合金断口及析出相的分析研究了拉伸过程中基体内析出相的断裂特点.结果发现：拉伸过程 中基体内初、共晶硅以穿晶断裂为主，这与颗粒内部存在的结构缺陷有关：直径小于2.0m的初晶硅能够抑制二次裂纹的扩 展.块状富铁相表现出穿晶断裂特点，鱼骨状富铁相中的微裂纹沿一次枝晶轴向生长.富铜相对裂纹扩展具有强烈地偏折作 用：以富铁相为核心析出的富铜相能抑制富铁相中微裂纹的形成.提高合金中C山含量可以降低富铁相的有害作用，改善合金 的力学性能 关键词铝合金：硅合金：共晶：析出相：微裂纹：力学性能 分类号TG146.2+1 Effects of precipitates on the fracture behavior of cast eutectic Al-Si alloys WANG En-nui2,HUXi-dong》☒，WANGJian-guo,GU Feng+-ong2》 1)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Handan Iron Steel Co.Ltd.,Handan 056001,China Corresponding author,E-mail:xdhui@ustb.edu.cn ABSTRACT The fracture characteristics of precipitates in cast eutectic Al-Si alloys were studied during tensile processes by observ- ing the fracture and precipitates.It is shown that the primary/eutectic Si cracks mainly through transcrystalline fracture owing to struc- tural defects.Primary Si with a diameter size less than 2.0 pm can block the propagation of secondary cracks.The blocky iron-tich phases crack through transcrystalline fracture,while cracks within the Chinese script iron-rich phases propagate along their primary dendrites.The copper-rich phases deflect the crack propagation and inhibit the nucleation of microcracks within the iron-rich phases. Increasing the Cu content neutralizes the harmful effects of the iron-rich phases to some extent and is of benefit to the mechanical prop- erties. KEY WORDS aluminum alloys:silicon alloys;eutectics;precipitates:microcracks:mechanical properties 铸造A-Si合金以优异的可铸造性、低的热膨 微裂纹的连接三个阶段回.其中裂纹的形成是一个 胀系数及良好的力学性能被广泛应用于汽车发动机 复杂的随机过程四，影响因素很多，并且析出相不 部件的生产0.发动机的工作环境十分恶劣，对制 同其断裂方式也不尽相同. 备用材料的安全性能要求非常严格.为了确保部件 Lee等时通过对亚共晶Al-Si合金中裂纹扩展 的安全运行，人们对这类合金的断裂机制进行了大 的研究指出，拉伸过程中微裂纹在共晶S颗粒处产 量研究，研究工作主要集中在拉伸或疲劳过程中铸 生，并沿共晶Si分布区与α一Al晶粒界面扩展.在 造缺陷和析出相对裂纹形成的影响.随着生产工艺 高硅铝合金中，初晶硅更容易成为裂纹源，并以破碎 的进步，铸件质量不断提高，合金中的析出相逐渐成 或与基体剥离的方式为微裂扩展提供通道因.进一 为影响合金断裂的主要因素回.一般来说，这类合 步研究认为可，合金中裂纹的形成主要取决于基体 金的断裂过程分为析出相的开裂、微裂纹的形成和 中硅的形貌以及尺寸.当Si颗粒直径小于1.5m 收稿日期：20110309 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(50871013：51071018)第 33 卷 第 12 期 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 12 Dec． 2011 铸造共晶铝硅合金中析出相对断裂行为的影响 王恩睿1，2) 惠希东1) 王建国1) 谷凤龙2) 1) 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京 100083 2) 邯郸钢铁集团有限责任公司，邯郸 056001 通信作者，E-mail: xdhui@ ustb． edu． cn 摘 要 通过对铸造共晶 Al--Si 合金断口及析出相的分析研究了拉伸过程中基体内析出相的断裂特点． 结果发现: 拉伸过程 中基体内初、共晶硅以穿晶断裂为主，这与颗粒内部存在的结构缺陷有关; 直径小于 2. 0 μm 的初晶硅能够抑制二次裂纹的扩 展． 块状富铁相表现出穿晶断裂特点，鱼骨状富铁相中的微裂纹沿一次枝晶轴向生长． 富铜相对裂纹扩展具有强烈地偏折作 用; 以富铁相为核心析出的富铜相能抑制富铁相中微裂纹的形成． 提高合金中 Cu 含量可以降低富铁相的有害作用，改善合金 的力学性能． 关键词 铝合金; 硅合金; 共晶; 析出相; 微裂纹; 力学性能 分类号 TG146. 2 + 1 Effects of precipitates on the fracture behavior of cast eutectic Al-Si alloys WANG En-rui 1，2) ，HUI Xi-dong1) ，WANG Jian-guo 1) ，GU Feng-long2) 1) State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Handan Iron ＆ Steel Co． Ltd． ，Handan 056001，China Corresponding author，E-mail: xdhui@ ustb． edu． cn ABSTRACT The fracture characteristics of precipitates in cast eutectic Al-Si alloys were studied during tensile processes by observ￾ing the fracture and precipitates． It is shown that the primary /eutectic Si cracks mainly through transcrystalline fracture owing to struc￾tural defects． Primary Si with a diameter size less than 2. 0 μm can block the propagation of secondary cracks． The blocky iron-rich phases crack through transcrystalline fracture，while cracks within the Chinese script iron-rich phases propagate along their primary dendrites． The copper-rich phases deflect the crack propagation and inhibit the nucleation of microcracks within the iron-rich phases． Increasing the Cu content neutralizes the harmful effects of the iron-rich phases to some extent and is of benefit to the mechanical prop￾erties． KEY WORDS aluminum alloys; silicon alloys; eutectics; precipitates; microcracks; mechanical properties 收稿日期: 2011--03--09 基金项目: 国家自然科学基金重点资助项目( 50871013; 51071018) 铸造 Al--Si 合金以优异的可铸造性、低的热膨 胀系数及良好的力学性能被广泛应用于汽车发动机 部件的生产［1］． 发动机的工作环境十分恶劣，对制 备用材料的安全性能要求非常严格． 为了确保部件 的安全运行，人们对这类合金的断裂机制进行了大 量研究，研究工作主要集中在拉伸或疲劳过程中铸 造缺陷和析出相对裂纹形成的影响． 随着生产工艺 的进步，铸件质量不断提高，合金中的析出相逐渐成 为影响合金断裂的主要因素［2］． 一般来说，这类合 金的断裂过程分为析出相的开裂、微裂纹的形成和 微裂纹的连接三个阶段［3］． 其中裂纹的形成是一个 复杂的随机过程［4］，影响因素很多，并且析出相不 同其断裂方式也不尽相同． Lee 等［5］通过对亚共晶 Al--Si 合金中裂纹扩展 的研究指出，拉伸过程中微裂纹在共晶 Si 颗粒处产 生，并沿共晶 Si 分布区与 α--Al 晶粒界面扩展． 在 高硅铝合金中，初晶硅更容易成为裂纹源，并以破碎 或与基体剥离的方式为微裂扩展提供通道［6］． 进一 步研究认为［7］，合金中裂纹的形成主要取决于基体 中硅的形貌以及尺寸． 当 Si 颗粒直径小于 1. 5 μm DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.012