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被譽(yù)為現(xiàn)代制造業(yè)綠色基礎(chǔ)材料之一的過共晶Al-Si合金，不僅材料來源廣泛，提煉和加工污染較小，容易回收，而且因其具有優(yōu)異的低膨脹性能，良好的耐磨性、耐蝕性、流動性、導(dǎo)熱性及密度小等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于新型汽車和航空航天等領(lǐng)域。相關(guān)研究表明，在過共晶Al-Si合金熔體中添加適量Mg，能明顯改善Al-Si合金性能，Mg和Si在高溫下原位反應(yīng)能生成密度僅為1.99kg/m3，彈性模量高(120GPa)，熱膨脹系數(shù)低的Mg2Si相。Mg2Si相作為金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)相彌散分布在Al基體中，不僅使復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高硬度等特點(diǎn)，而且有熱力學(xué)穩(wěn)定和界面結(jié)合好等優(yōu)點(diǎn)。因此，原位生成Mg2Si顆粒增強(qiáng)綠色系A(chǔ)l基復(fù)合材料日益受到重視。但該合金中Mg含量較高，由于制備工藝不同，熔體中易生成組織形貌不規(guī)則且尺寸粗大的Mg2Si，這些呈粗大樹枝晶或塊狀的Mg2Si組織尖角鮮明，易造成應(yīng)力集中，割裂基體組織，使得材料的常溫和高溫力學(xué)性能顯著下降。為改善Mg2Si的形貌尺寸，從而提高合金性能，采用了稀土、復(fù)合變質(zhì)劑等對合金進(jìn)行變質(zhì)處理，取得了一定的成效。基于綠色發(fā)展原則，既節(jié)約資源又有利于合金的回收處理，本研究在不對合金進(jìn)行變質(zhì)處理及不添加其他元素的條件下，通過對Al-Mg-Si合金進(jìn)行等溫保溫處理，探索等溫保溫處理改善Al-Mg-Si合金顯微組織的可行性，為進(jìn)一步研究對其熱處理和提高合金力學(xué)性能提供重要的理論基礎(chǔ)。
試驗以工業(yè)純鋁(含99.7wt%Al)、鋁-硅中間合金(含20wt%Si)、鎂為原料，在SG2-3-10型坩堝電阻爐內(nèi)熔煉Al-11%Mg-17%Si合金，其化學(xué)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)：11.365Mg，16.939Si，0.005P，0.053S，0.034Cl，0.022K，0.024Ca，0.009Ti，0.049Cr，0.056Mn，0.128Fe，0.013Cu，余量為Al。經(jīng)差熱分析(DTA)測定所熔煉合金的液相線溫度為621.8℃，三元共晶溫度為571.1℃。首先將石墨坩堝預(yù)熱到500～600℃，同時將鋁硅錠預(yù)熱到200℃，加入到坩堝中，升溫使其熔化。熔化過程中加入覆蓋劑(50%NaCl+50%KCl)，待爐料全部熔化之后升溫至720～750℃，然后加入11wt%Mg。為防止鎂塊燒損，用鋁箔包住鎂塊，以鐘罩壓入鋁液深處，使其完全熔化并攪拌均勻，靜置10min。除去表面熔渣后，分2～3次加入0.3wt%～0.5wt%C2Cl6進(jìn)行除氣精煉，后澆注于經(jīng)預(yù)熱到300℃的金屬型模中，澆注溫度為695℃，開始凝固后再把其轉(zhuǎn)移至箱式電阻爐中進(jìn)行固液相區(qū)等溫保溫處理，試驗選取等溫保溫溫度、保溫時間兩個因素，并分別選取3個水平共3組9個試驗，保溫后水淬冷卻。鑄模的尺寸為Φ30mm×80mm，壁厚為5mm。
Al-Mg-Si合金575～615℃保溫，在相同時間下，隨著保溫溫度的升高，顆粒尺寸逐漸減小，圓形度逐漸提高;保溫60s時，隨著保溫溫度的升高，其初生Mg2Si演變特征為：粗大板塊狀或多邊形不規(guī)則的枝晶→棱角鮮明、相對規(guī)則的晶體→棱角開始鈍化、圓形度更高的多邊體晶體。合金材料在615℃條件下保溫，隨著時間的延長：一方面，在顆粒尺寸上，初生Mg2Si尺寸逐漸減小;另一方面，在形態(tài)上，初生Mg2Si圓形度明顯變好。不同條件下固液相區(qū)等溫保溫處理Al-17.4%Mg2Si-10.6%Si復(fù)合材料的最適宜工藝為615℃條件下保溫300s，其顆粒尺寸最小，圓整度最好，平均等徑圓直徑20.54μm，形狀因子0.67。
