楊 祎,隋育棟,蔣業(yè)華,王渠東

(1.昆明理工大學(xué) 金屬先進(jìn)凝固成形及裝備技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093；2.上海交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240)

全球能源危機(jī)的爆發(fā)及生態(tài)環(huán)境的惡化使節(jié)能減排、綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展等理念深入人心。截至2019年6月，僅中國(guó)的汽車(chē)保有量就達(dá)到2.5億輛，汽車(chē)尾氣已成為大氣污染的主要原因之一，如何提高汽車(chē)性能并降低其污染物的排放，成為各國(guó)政府密切關(guān)注的問(wèn)題[1]。汽車(chē)輕量化無(wú)疑可有效解決上述問(wèn)題，采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料替代傳統(tǒng)鋼鐵材料，是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的主要途徑[1]。鋁合金作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料之一，具有比強(qiáng)度和比剛度高、散熱性好、可回收等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、船舶、航空航天等領(lǐng)域。鑄造鋁合金因具有良好的綜合力學(xué)性能和鑄造成形性，可有效簡(jiǎn)化成形工藝、節(jié)約加工成本，在汽車(chē)行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，如圖1所示[2]。

圖1 2012與2016年歐洲汽車(chē)用鋁材種類(lèi)對(duì)比

鑄造鋁合金按照主要合金元素加入量的不同，可分為Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系等[2]。不同體系鑄造鋁合金的強(qiáng)度和韌性可通過(guò)微合金化等方法進(jìn)行提高，但又存在差異。鑒于汽車(chē)等行業(yè)發(fā)展對(duì)高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的重大需求，本文作者綜述了不同體系高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的研究進(jìn)展，并對(duì)提高鑄造鋁合金強(qiáng)韌性的方法和機(jī)制進(jìn)行討論。

1 Al-Si系合金

Al-Si系是鑄造鋁合金體系中研究和應(yīng)用最早的合金，具有優(yōu)異的鑄造性能、耐腐蝕性能和切削加工性能。汽車(chē)行業(yè)大量采用Al-Si系合金制造缸體、缸蓋、減震器支架和結(jié)構(gòu)箱體等復(fù)雜薄壁件。作為汽車(chē)輕量化領(lǐng)域的重要的合金體系，如何提高Al-Si系合金的力學(xué)性能一直是相關(guān)領(lǐng)域的熱門(mén)研究課題。晶粒尺寸及Si相的形態(tài)、大小和分布與合金的力學(xué)性能有著緊密的聯(lián)系。因此，可以通過(guò)成分優(yōu)化、組織調(diào)控等途徑來(lái)改善合金的組織結(jié)構(gòu)，提高合金性能[2]。

1.1 Si相變質(zhì)

鋁合金中加入Si元素可改善合金的鑄造性能，提高鑄件的致密度。在未經(jīng)變質(zhì)處理的鑄態(tài)Al-Si系合金組織中，存在著會(huì)割裂基體的粗大針片狀的共晶硅，共晶和過(guò)共晶成分的Al-Si系合金中還會(huì)存在板狀或多邊形的初晶硅。初晶硅和共晶硅的尖角位置會(huì)造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致合金的力學(xué)性能顯著下降[3]。因此，對(duì)Si相變質(zhì)的研究具有十分重要的意義。在合金中加入合適的變質(zhì)元素，具有成本低廉、方法簡(jiǎn)單、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，目前在工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛[4]。用于共晶硅的變質(zhì)元素主要有Na、Sr、Sb等，用于初晶硅的變質(zhì)元素主要有P、S等。不同的變質(zhì)劑存在不同的變質(zhì)效果，對(duì)合金的變質(zhì)機(jī)制也不盡相同。

Na作為最早發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用的變質(zhì)元素，變質(zhì)機(jī)制先后出現(xiàn)過(guò)多種理論，在現(xiàn)階段最被認(rèn)可的是TPRE機(jī)制(Twin plane reentrant edges)：Na原子呈薄膜狀在共晶硅孿晶凹槽處富集和選擇吸附，阻礙了β-Si的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)方向變?yōu)楦飨蛲裕筍i相細(xì)化、球化或形成彎曲細(xì)條晶體[4-7]。Sr與Na變質(zhì)機(jī)制相似，加入合金中生成Sr2Si2Al和Sr，增加了共晶硅成核所需過(guò)冷度，從而促進(jìn)了形核；同時(shí)，最終釋放的Sr元素傾向于吸附在Si表面，阻礙Si晶胚的生長(zhǎng)，變質(zhì)處理后的Si相多為纖維狀形貌[8-11]。Sb對(duì)共晶硅的變質(zhì)作用與Na、Sr有所不同，生成的AlSb能夠促進(jìn)α-Al析出，抑制Si相長(zhǎng)大的同時(shí)不改變Si相的生長(zhǎng)方向[4]。因此，它只能細(xì)化組織，無(wú)法改變共晶Si的針狀形貌，變質(zhì)效果弱于Na和Sr，只適用于亞共晶Al-Si合金[7,12]。 P是初晶硅的代表性細(xì)化劑之一，P與Al反應(yīng)形成彌散分布的AlP粒子，AlP與Si點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)相同，可作為初晶硅異質(zhì)形核核心，達(dá)到細(xì)化初晶硅的效果[3,13]。在Al-Si合金中加入La、Ce、Eu、Er和Y等稀土元素，不僅對(duì)共晶硅存在變質(zhì)作用，對(duì)初晶硅也具有良好的細(xì)化效果。Eu可在共晶硅內(nèi)部和邊緣析出Al2Si2Eu相，阻礙Si相的生長(zhǎng)；Er加入亞共晶Al-Si合金優(yōu)先形成ErP而不是AlP，從而抑制了共晶硅在AlP上的形核，使變質(zhì)后的共晶硅呈細(xì)小的纖維狀結(jié)構(gòu)[14-15]。Zhang等[16]通過(guò)研究單一稀土對(duì)共晶硅的變質(zhì)效果，發(fā)現(xiàn)Eu的變質(zhì)能力相對(duì)最好，La、Ce的次之， Er和Y的相對(duì)最弱。稀土元素變質(zhì)重熔性好，孕育期短，且具有一定的除雜作用，但變質(zhì)效果遜于Na、Sr等元素的[7]。單一變質(zhì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展后，因各自的局限性始終不能達(dá)到理想的變質(zhì)效果，故復(fù)合變質(zhì)逐漸發(fā)展起來(lái)，主要包含以下幾類(lèi)：(1)Sr與其他元素復(fù)合。有學(xué)者研究了Sr-La復(fù)合變質(zhì)的變質(zhì)機(jī)制，La附著在枝晶前沿，阻礙了Si和Mg的擴(kuò)散，減小其在枝晶前沿的濃度梯度，縮短局部凝固時(shí)間，細(xì)化了二次枝晶臂；此外，Sr和La在共晶硅的孿晶凹槽處富集，阻礙了Si相沿原方向生長(zhǎng)，達(dá)到變質(zhì)效果[4,17]。(2)P與其他元素復(fù)合。A413.0鋁合金經(jīng)過(guò)P和Sr復(fù)合變質(zhì)后，伸長(zhǎng)率可達(dá)4%～12%，遠(yuǎn)高于未變質(zhì)時(shí)的2%，極大改善了材料的韌性[18]。(3)稀土與其他元素復(fù)合。Jiang[19]等制備了一種Mg-15La中間合金變質(zhì)劑，加入熔體中形成的亞穩(wěn)富La相納米團(tuán)簇粒子可作為共晶硅的異質(zhì)形核點(diǎn)，使共晶硅尺寸、形貌都得到明顯改善。(4)稀土之間復(fù)合。有學(xué)者將La-Yb復(fù)合變質(zhì)劑加入亞共晶Al-Si合金中，共晶硅從粗大的條狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的粒狀，同時(shí)生成的La3Al1和YbAl3強(qiáng)化相提高了合金的力學(xué)性能[20]。

1.2 微合金化

在Al-Si系合金中，除了對(duì)Si相進(jìn)行變質(zhì)處理外，微合金化也是提高性能的有效手段。稀土元素性質(zhì)活潑，加入合金中不僅能對(duì)Si相起到變質(zhì)作用，還可以起到合金化效果，是當(dāng)前微合金化研究的熱點(diǎn)。但稀土元素的合金化機(jī)制仍有待明確，而非稀土元素的合金化研究則相對(duì)成熟。

Al-Si系合金常用的合金化元素有Mg、Cu、Mn等。合金中加入Mg元素，可時(shí)效析出網(wǎng)狀的Mg2Si相，有效提高材料的室溫強(qiáng)度，但Mg與合金中的Fe元素作用會(huì)降低合金的力學(xué)性能[21]。Cu元素是Al-Si系合金另一種重要的合金元素， Al-Si-Cu-Mg合金的Cu含量和Cu、Mg含量比值對(duì)合金有不同的影響：鑄態(tài)下，Cu、Mg含量比值低有利于Mg2Si相的形成，Cu、Mg含量比值高則促進(jìn)形成θ-Al2Cu相和Q相；T6熱處理?xiàng)l件下，Cu含量和Cu、Mg含量比值低傾向于形成β相的前驅(qū)相，Cu、Mg含量比值高優(yōu)先形成Q相和/或θ相的前驅(qū)相；Cu和Mg含量過(guò)高時(shí)會(huì)形成大量的θ′析出相，導(dǎo)致Q′相的粗化[22]。Fe在Al-Si合金中一般作為雜質(zhì)元素存在，Mn元素加入Al-Si合金中后，能夠?qū)⑨槧畹摩?Al5FeSi相轉(zhuǎn)變?yōu)闈h字狀或塊狀的α-Al15(Fe,Mn)3Si2相，有益于合金塑性[23]。Cai等[24]研發(fā)出一種高強(qiáng)度壓鑄Al-Si-Mg-Mn合金，與其他壓鑄鋁合金相比，屈服強(qiáng)度提高了20%～50%，強(qiáng)度的提高主要是由于多元共晶混合物和α-AlFeMnSi顆粒的存在。除以上幾種常用的合金化元素外，Zr、Ti、V等過(guò)渡族元素，加入合金熔體中，可以和合金中一些主要元素形成強(qiáng)化相來(lái)提高合金的力學(xué)性能。此外，還會(huì)形成能夠作為異質(zhì)形核核心的Al3X相，起到晶粒細(xì)化的作用[23]。

1.3 晶粒細(xì)化

在實(shí)際生產(chǎn)中，常規(guī)鑄造Al-Si合金的晶體組織粗大，要想獲得具有高強(qiáng)韌性的鑄造鋁合金，合金顯微組織應(yīng)由細(xì)小、均勻分布的等軸晶構(gòu)成。細(xì)化晶粒的方法包括控制冷卻速度，震動(dòng)，攪拌，外加電場(chǎng)和磁場(chǎng)等物理法和加入晶粒細(xì)化劑等化學(xué)法[3]。加入晶粒細(xì)化劑操作簡(jiǎn)便、能耗低、細(xì)化效果顯著，其中Al-Ti-B細(xì)化劑的應(yīng)用最為廣泛[25]。Al-Ti-B細(xì)化劑的細(xì)化機(jī)制先后出現(xiàn)過(guò)包晶反應(yīng)理論、硼化物理論、包晶“殘骸”理論、雙形核理論等，目前還未有一個(gè)統(tǒng)一的理論體系。根據(jù)用途可將Al-Ti-B細(xì)化劑分為以下兩種：一種是w(Ti)/w(B)<2.2，如Al-3Ti-3B，應(yīng)用于Si含量相對(duì)較高的鋁合金；另一種是w(Ti)/w(B)>2.2，如Al-5Ti-B，應(yīng)用于純鋁或合金元素含量較低的鋁合金[23]。Al-Ti-B加入熔體中析出TiAl3和TiB2粒子，TiAl3溶解釋放的Ti原子能夠抑制晶粒長(zhǎng)大，TiB2則作為均勻形核的核心在熔體中穩(wěn)定存在[23]。但當(dāng)合金中存在Zr、Mn、Cr等元素時(shí)，Ti會(huì)與其反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)化效果減弱，即出現(xiàn)“中毒”現(xiàn)象。利用與Si親和力較差的元素，通過(guò)TiAl3二維化合物和TiB2的組成來(lái)延緩Si在TiAl3中的溶解，可能是減輕Si中毒的有效途徑[25]。Al-3V-1B中間合金與相同V和B濃度的Al-5V和Al-3B中間合金相比，對(duì)Al-7Si合金的細(xì)化效果更佳，VB2顆粒在細(xì)化過(guò)程中起到了主要作用[26]。稀土元素添加到鋁合金中具有細(xì)晶和除雜雙重作用。Al-Ti-B-RE細(xì)化劑與傳統(tǒng)的Al-Ti-B相比，不存在TiB2團(tuán)聚、沉淀和“中毒”的問(wèn)題，且用量更小、細(xì)化相不易沉淀，提高了細(xì)化效果和抗衰減性[25,27]。Al-Ti-B-RE的細(xì)化機(jī)制存在以下幾種觀點(diǎn)：(1)RE與合金中某些元素反應(yīng)形成的高熔點(diǎn)化合物起到異質(zhì)形核作用，同時(shí)減輕合金中雜質(zhì)元素的含量；(2)RE具有高表面活性，能降低表面能，增大鋁熔體在TiAl3和TiB2表面的潤(rùn)濕性，增強(qiáng)異質(zhì)形核效果，同時(shí)阻礙TiB2聚集沉淀，抑制細(xì)化衰退；(3)RE元素在固液界面前沿產(chǎn)生成分過(guò)冷，增加了TiB2的形核率，同時(shí)，晶界、相界面處對(duì)RE的吸附作用，阻礙了主要細(xì)化相TiAl3、TiB2的長(zhǎng)大，增強(qiáng)了細(xì)化效果[25,27-28]。除Al-Ti-B-RE外，Al-Ti-C也是現(xiàn)在細(xì)化劑研究的熱門(mén)方向，TiC顆粒不同于TiB2，不易發(fā)生團(tuán)聚、沉淀，不存在“中毒”問(wèn)題，但它的細(xì)化效果和細(xì)化時(shí)效性均弱于Al-Ti-B的[29]。近年來(lái)，不斷有學(xué)者利用RE在C表面的吸附作用，提高C源與Al熔體之間的潤(rùn)濕性，制備出Al-Ti-C-RE細(xì)化劑[30-31]。但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中C的回收率低，細(xì)化劑制備工藝復(fù)雜，細(xì)化效果存在衰減，相關(guān)研究還在繼續(xù)。

2 Al-Cu系合金

鑄造Al-Cu合金具有高強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性和良好的切削加工性能，可用于大載荷結(jié)構(gòu)件和耐熱零件等的制造。但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，Al-Cu合金因凝固溫度區(qū)間較寬，導(dǎo)致鑄造性能差、熱裂傾向大等問(wèn)題，同樣可以通過(guò)優(yōu)化成分、調(diào)控組織等方式解決。

2.1 微合金化

Al-Cu系合金作為目前高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的基礎(chǔ)體系之一，通過(guò)調(diào)整主合金元素含量來(lái)提高力學(xué)性能，效果十分有限，相對(duì)地，通過(guò)添加痕量元素的微合金化方式來(lái)提高性能，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。微合金元素因強(qiáng)化機(jī)制的不同可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是通過(guò)時(shí)效過(guò)程中形成的新相來(lái)影響θ′-Al2Cu相的析出，如Sn、In、Ge等元素；另一類(lèi)是通過(guò)在鑄態(tài)和均勻化過(guò)程中形成細(xì)小的初生或次生相影響晶體組織，如Sc、Zr等元素[32]。Sn是Al-Cu系合金中的代表性微合金化元素，痕量Sn在時(shí)效過(guò)程中即可析出細(xì)小的β-Sn顆粒，可作為θ′-Al2Cu異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，增加θ′相的密度，達(dá)到強(qiáng)化效果[33-35]。有學(xué)者將單一的Sn元素和復(fù)合的Sn、In元素分別添加到Al-3.5Cu合金中，結(jié)果表明，兩種方法均可提高強(qiáng)化相θ′的形核率，并抑制θ′的粗化，且復(fù)合添加Sn、In元素的時(shí)效硬化效果優(yōu)于單獨(dú)添加Sn元素的[36]。Ag是Al-Cu系合金中另一代表性微合金化元素，可在Al-Cu合金基體中析出球狀G.P.區(qū)及{111}α-Al面上析出盤(pán)片狀γ′(AlAg2)，在Al-Ag-Cu合金中，γ′往往在淬火后形成的位錯(cuò)環(huán)上領(lǐng)先析出，θ′相依附于先析出的γ′相上析出，Ag原子在θ′/α-Al界面的偏聚行為，降低了沉淀相/基體之間的界面能。微量的Mg元素可有效促進(jìn)Al-Cu合金時(shí)效過(guò)程中細(xì)小、致密、分布均勻θ′相的析出。在Cu、Mg含量比值高的Al-Cu合金中加入微量的Ag，可促進(jìn)Ω相析出，Ω相的慣習(xí)面為{111}α-Al面，恰為α-Al的滑移面，對(duì)合金具有強(qiáng)化作用[33]。此外，部分稀土元素也能有效改善Al-Cu合金的組織。Ce元素對(duì)合金中枝晶生長(zhǎng)有阻礙作用，可在降低合金的熱裂傾向的同時(shí)提高合金的鑄造性能。Y元素會(huì)富集在晶界處并發(fā)生異質(zhì)形核生長(zhǎng)，增加α-Al形核所需的過(guò)冷度，縮短合金凝固溫度區(qū)間的寬度[37]。Sc元素可通過(guò)晶粒細(xì)化(初生Al3Sc)、抑制再結(jié)晶(Al3Sc彌散/析出相)、析出Al3Sc強(qiáng)化顆粒等多種形式起到強(qiáng)化效果，而且，Cu含量升高可能增加了Sc的固溶度，使固溶后基體中細(xì)小彌散的Al3Sc含量下降，并顯著提高時(shí)效階段Sc在θ-Al2Cu/α-Al界面偏聚的程度[33]。微量Sc可明顯提高Al-Cu合金的室溫拉伸性能，顯示出主/微合金化元素之間良好的協(xié)同強(qiáng)化效果[38]。

2.2 晶粒細(xì)化

對(duì)于鑄造Al-Cu系合金，Al-Ti-B中間合金依然是應(yīng)用最為廣泛的細(xì)化劑。有學(xué)者通過(guò)向Al-5Cu合金中添加Ti、Mn、Nb元素及Al-Ti-B細(xì)化劑，探究了單一添加和復(fù)合添加時(shí)的晶粒細(xì)化的機(jī)制：?jiǎn)我惶砑覶i元素形成細(xì)小的TiAl3相，α相依附于TiAl3上形核，并由于低過(guò)冷度而抑制了生長(zhǎng)；Mn對(duì)合金的強(qiáng)化作用一方面是Mn對(duì)基體存在固溶強(qiáng)化，另一方面是Mn在晶界的團(tuán)聚抑制了晶界擴(kuò)散；單一添加Nb元素時(shí)，由于Nb的原子尺寸遠(yuǎn)大于Al原子的，可以阻礙晶界移動(dòng)，細(xì)化組織；單一添加Al-Ti-B細(xì)化劑，發(fā)生TiB+L1(液)→TiAl3+L2(液)的包晶反應(yīng)，產(chǎn)生過(guò)冷阻礙了枝晶生長(zhǎng)；復(fù)合加入Mn與Ti時(shí)，由于Mn降低了包晶反應(yīng)溫度，使得少量Ti就可進(jìn)行包晶反應(yīng)；Nb與Mn、Ti復(fù)合加入時(shí)，Nb除了細(xì)化晶粒外，還可作為細(xì)小第二相的形核質(zhì)點(diǎn)，使組織變?yōu)榫鶆蚣?xì)小的等軸晶[39]。李玉潔等[40]采用高能球磨法制備了一種納米TiN/Ti復(fù)合晶粒細(xì)化劑，對(duì)Al-4Cu合金鑄態(tài)和固溶時(shí)效處理后的組織細(xì)化效果顯著，力學(xué)性能也明顯提高，拉伸斷口形貌由無(wú)細(xì)化劑的韌窩準(zhǔn)解理混合型轉(zhuǎn)變?yōu)轫g窩型韌性斷口。

3 其他體系高強(qiáng)韌鑄造鋁合金

3.1 Al-Mg-Si系合金

Al-Mg系鑄造合金中加入Si元素，可顯著改善合金的流動(dòng)性。在Al-Mg-Si系合金中，強(qiáng)化相主要為β″相和β′相，不同的Mg、Si含量比值影響著強(qiáng)化相的種類(lèi)和數(shù)目[41-42]。汪娟等[42]通過(guò)對(duì)比不同Mg、Si含量比值對(duì)Al-Mg-Si力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)w(Mg)/w(Si)=1.1時(shí)，合金的耐蝕性和抗拉強(qiáng)度達(dá)到最佳；比值從1.1增加到3.1的過(guò)程中，160 ℃時(shí)效硬化效果先增加后減小直至消失，合金強(qiáng)度降低，伸長(zhǎng)率小幅度上升。保持合適的Mg、Si含量比值不改變，兩種元素含量在合理范圍內(nèi)增加時(shí)，β″強(qiáng)化相密度增大，但添加過(guò)量會(huì)造成Mg2Si相粗化，合金力學(xué)性能下降[43]。

除主要合金元素Mg和Si的含量及含量比值外，Cu、Mn、Sn以及過(guò)渡族元素和稀土元素等均可不同程度的改善Al-Mg-Si合金的力學(xué)性能。Cu元素會(huì)通過(guò)改變它的時(shí)效析出序列影響合金的力學(xué)性能；Mn元素在Al-Mg-Si合金中主要以α-Al15(Fe,Mn)3Si2相彌散存在，在阻礙合金再結(jié)晶的同時(shí)又能夠促進(jìn)Mg2Si強(qiáng)化相的析出；Sn元素能使Al-Mg-Si合金晶界細(xì)化，但當(dāng)加入過(guò)量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.4%)時(shí)，Sn會(huì)取代Mg2Si相中的部分Si，形成Mg2(Si,Sn)相，盡管伸長(zhǎng)率升高，但抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都有所下降[44-45]。Cr、Ti、Ag、Zr和V等過(guò)渡族元素的強(qiáng)化機(jī)制與Mn的相似，都是通過(guò)促進(jìn)彌散相析出，提高再結(jié)晶溫度，改善晶粒結(jié)構(gòu)，提高合金的力學(xué)性能。稀土元素如Sc、Er、Ce、La等也可對(duì)Al-Mg-Si系合金進(jìn)行組織和性能上的改善，部分稀土元素復(fù)合使用時(shí)效果更佳，如Zr和Sc元素在提高性能的同時(shí)又可緩解單一Sc元素的高成本問(wèn)題。

3.2 Al-Zn-Mg系合金

Al-Zn-Mg系合金為可熱處理強(qiáng)化型合金，Zn和Mg兩者質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和一般不大于7.5%，Zn、Mg含量上升時(shí)，合金的強(qiáng)度、硬度升高，但塑性、韌性和耐蝕性會(huì)有所下降[46-47]。Cu作為該系合金重要的合金元素，對(duì)合金斷裂韌性的影響隨Zn、Mg含量比值的不同發(fā)生變化：當(dāng)Zn、Mg含量比值較小時(shí)，Cu含量升高會(huì)降低合金韌性；當(dāng)Zn、Mg含量比值較大時(shí)，Cu含量對(duì)韌性的影響不大[47]。少量的Mn、Cr元素加入Al-Zn-Mg系合金，在均勻化退火過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生彌散分布的質(zhì)點(diǎn)，阻礙位錯(cuò)的滑移及晶界的遷移，提高合金的再結(jié)晶溫度，抑制晶粒的長(zhǎng)大[33]。添加Ag元素到Al-Zn-Mg-Cu系合金中，可在降低合金淬火敏感性的同時(shí)提高合金的延性，且在時(shí)效過(guò)程中促進(jìn)固溶體更均勻的分解，并增加了晶粒內(nèi)和晶界附近的η'析出物的密度[33]。在Al-Zn-Mg系合金中，稀土元素如Sc、Zr，同樣是代表性的微合金化元素。Deng等[48]研究發(fā)現(xiàn)，Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金時(shí)效析出物的強(qiáng)化效果遠(yuǎn)高于Sc和Zr微合金化的強(qiáng)化效果，主要是因?yàn)槟踢^(guò)程中形成的初生Al3(Sc，Zr)粒子產(chǎn)生的細(xì)晶強(qiáng)化和均勻化處理過(guò)程中得到的二次Al3(Sc,Zr)粒子引起的亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化及Orowan強(qiáng)化，其中二次Al3(Sc,Zr)粒子的Orowan強(qiáng)化是主要的強(qiáng)化機(jī)制。

4 結(jié)束語(yǔ)與展望

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和環(huán)保政策積極推行的大環(huán)境下，鋁合金作為重要的現(xiàn)代化輕質(zhì)材料，在保持高利用率的同時(shí)，其產(chǎn)品也將更高強(qiáng)韌、更致密、更復(fù)雜化。總結(jié)鑄造鋁合金的發(fā)展現(xiàn)狀，可對(duì)未來(lái)高強(qiáng)韌性鑄造鋁合金的研究方向從如下幾方面進(jìn)行展望：(1)進(jìn)一步加深對(duì)合金化、微合金化元素的分析，雖然對(duì)合金化的研究已經(jīng)日趨成熟，但仍有很多待發(fā)掘的空間，特別是稀土元素及復(fù)合多元素的添加對(duì)組織、相組成的影響規(guī)律和作用機(jī)制；(2)開(kāi)發(fā)環(huán)保、高效的新型復(fù)合變質(zhì)劑，使之能充分發(fā)揮各個(gè)元素的優(yōu)勢(shì)，克服不足，力求達(dá)到最佳的變質(zhì)效果；(3)化學(xué)強(qiáng)化與物理強(qiáng)化方法相結(jié)合，更好的控制生成相的種類(lèi)、含量及分布；(4)研發(fā)新型的工藝設(shè)備，改進(jìn)傳統(tǒng)的制備技術(shù)，提高合金質(zhì)量。