原标题：Mn /Sb 微合金化对砂铸 A357 铝合金显微组织、析出动力学及室温和高温力学性能的影响

导读

研究单独添加 0.3% Mn、0.02% Sb 及 Mn/Sb 复合微合金化对砂铸 A357（Al-7Si-0.6Mg）铝合金微观组织、析出动力学、室温和高温力学性能的影响。对铸态、T4 固溶、T6 人工时效、短时热暴露（STHE）试样开展拉伸、硬度测试，并结合 SEM、TEM-SAED、元素面扫描、DSC 热分析系统表征组织演变与时效析出行为，揭示元素调控机理，旨在为耐热 Al-Si-Mg 铸造铝合金微合金化设计提供新思路。

Al-Si-Mg 系可热处理铸造铝合金兼具优良铸造性能、耐蚀性与中等强度，广泛应用汽车、轨道交通、航空装备。随着高端装备轻量化升级，发动机缸体、缸盖等长期高温服役构件对材料高温力学性能要求持续提高。A357是该体系的典型合金，其较高的Mg含量提升了强度，但牺牲了部分延展性。

Mn微合金化为改善高温性能提供了双重收益。Mn在固溶处理过程中促进了热稳定性优异的α-Al₁₅(Fe,Mn)₃Si₂弥散相的析出，有效阻碍位错运动，提升高温强度，同时还能将有害的针状β-Al₅FeSi相转变为危害较小的汉字状α-Fe相，减少裂纹萌生。Sb微合金化则通过与空位的独特相互作用提供补充优势。此外，Sb是高效的共晶Si变质剂，可改善延展性且无Sr的环境问题。近期在Al-Cu合金中的研究表明，Mn和Sb联合添加存在协同效应：Sb促进强化析出相形核，Mn抑制其粗化，从而实现优异的高温强度。因此，Mn/Sb微合金化被认为是提升铝合金高温性能的潜在方法，但这一协同机制尚未在Al-Si-Mg合金中得到系统探索。

近日，东南大学的研究团队向A357合金中单独和联合添加了0.3 wt% Mn和0.02 wt% Sb，通过显微组织表征、热分析、硬度测试、室温和高温拉伸试验及动力学计算，系统讨论了Mn和Sb添加对显微组织、力学性能及Mg₂Si相时效析出行为的影响。相关成果以题为“ Effects of Mn/Sb Microalloying on the Microstructure, Precipitation Kinetics, and Room-/Elevated-Temperature Mechanical Properties of A357 Aluminum Alloy” 发表于期刊《Materials Science &Engineering》。

固溶处理后，单独加 Mn 会在基体大量析出纳米α−Al15(Fe,Mn)3Si2弥散相，屈服强度提升 25 MPa；单独加 Sb 促进共晶Mg2Si溶解，屈服强度提升 28 MPa；二者复合添加的强化增量高达 41 MPa，显著高于单一元素强化之和。

T6 时效态下 Mn+Sb 复合添加存在溢出强化效应：Mn 单加屈服提升 16 MPa、Sb 单加提升 10 MPa，复合强化增量达 41 MPa。经 200 ℃、250 ℃短时热暴露后，Mn 可同步提升两个温度下的高温强度，Sb 仅在 250 ℃表现明显强化；Mn/Sb 复合添加在两种高温下均产生协同溢出强化效果。

动力学分析表明：Mn 抑制β′′、β′、β相析出；Sb 促进β′′形核但阻碍β′生成；Mn、Sb 复配后对β′′、β′析出抑制作用最强。机理归因于二者协同调控组织：Mn 引入高热稳定弥散颗粒，Sb 细化析出相并提高数密度。

本文转载自：《特种铸造及有色合金》