镉及锶/镉比例对Al-7Si-0.4Mg铸造合金微观组织、凝固特性与力学性能的影响研究

本文研究了镉（Cd）添加及Sr/Cd比例对Al-7Si-0.4Mg铸造合金微观结构（含二次枝晶臂间距SDAS、共晶Si形态）、凝固特性（通过热分析评估）及力学性能（拉伸、硬度、冲击）的影响。关键发现：Cd单独添加无效，但不会像Bi、Sb、B那样毒化Sr的变质效果；Sr使共晶Si从粗片层变为细纤维网络，显著提升强度（UTS增12%）及延伸率（增62%）；过量Cd会形成Al2Cd2Si金属间化合物，略损韧性。该研究对再生铝工业中Cd杂质的控制具有重要实践意义。

　　

微观结构分析

图1显示了未经处理和经过处理的Al-7Si-0.4合金的微观结构。未经处理的合金显示出被粗大片状共晶硅包围的铝枝晶（图1a）。添加0.25 wt.%的Cd并未改变此结构；它仍然呈现铝枝晶和粗大片状Si（图1b）。当Cd增加至0.75 wt.%时，枝晶特征或枝晶间共晶Al-Si相均未发生变化（图1c）。如图1d所示，即使在最高的Cd含量下，共晶Si的形态也保持不变。

讨论

本研究对Cd和Sr对Al-7Si-0.4Mg合金的微观结构、凝固行为和机械性能的单独及联合影响提供了新的见解。二次枝晶臂间距（SDAS）和共晶Si形态（包括其间距）是关键的微观结构特征，显著影响铝合金的机械性能，尤其是延展性和断裂韧性。通常，更细小、分布更均匀的共晶Si结构有助于获得更好的机械性能。

结论

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  1. 1.
     添加高达1.25 wt.%的镉对Al-7Si-0.4Mg合金的枝晶臂间距、共晶Si形态或凝固行为没有显著影响，导致屈服强度、极限抗拉强度、硬度和冲击韧性的变化可忽略不计。
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  1. 2.
     与铋（Bi）、锑（Sb）或硼（B）等其他微量元素不同，镉并未抑制Sr的变质效果。通过添加约0.015 wt.%的Sr获得的变质结构（共晶Si从粗大片状变为精细纤维网络）和增强的性能（包括极限抗拉强度提高约12%，断裂延伸率提高约62%）在所有研究的Sr/Cd比例下均得以保持。热分析证实，共晶生长温度在所有Sr/Cd比例下均保持较低水平，表明Sr的变质效果稳定。
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  1. 3.
     然而，过量添加Cd（≥0.75 wt.%）会促进块状Al₂Cd₂Si金属间化合物的形成，这对合金的延展性和冲击韧性产生轻微但不利的影响。
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  1. 4.
     这些发现表明，虽然Cd本身不能作为Al-Si-Mg合金的有效变质剂，但它不会毒化Sr的变质作用。这一结果对于基于回收的合金生产具有重要的实际意义，因为Cd可能作为杂质存在，表明尽管存在Cd，Sr变质处理仍然有效。