高压压铸AlSi10MnMg合金冷隔缺陷的工艺优化与铁含量调控机制研究

本研究针对高压压铸(HPDC) AlSi10MnMg合金中冷隔缺陷(cold flakes)导致力学性能下降的行业难题，系统探究了铁含量(0.1-0.2 wt%)和压射套加热工艺对缺陷形成的影响。通过微观结构表征和力学性能测试，发现增加铁含量可降低半固态合金固相分数从而抑制冷隔缺陷，但会降低基体合金性能；而压射套加热工艺在低铁含量合金中展现出优异的缺陷抑制效果。该研究为平衡缺陷控制与力学性能提供了创新解决方案。

　　

在汽车轻量化浪潮中，AlSi10MnMg合金因其优异的铸造性能和力学性能成为制造一体化压铸结构件的首选材料。然而，高压压铸(HPDC)过程中产生的冷隔缺陷(cold flakes)——即熔体在压射套内壁形成的凝固层破碎后嵌入铸件的金属碎片，会像"隐形裂纹"一样显著降低合金的拉伸强度、屈服强度和延伸率。更棘手的是，这类缺陷在热处理时还会引发表面鼓泡，且难以通过常规检测手段完全消除。尽管前人通过晶粒细化、锶变质等方法优化基体组织，但关于合金成分（尤其是铁含量）如何影响冷隔缺陷形成的研究几乎空白。

针对这一技术瓶颈，广西工业技术研究院的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表重要研究成果。研究采用3500kN冷室压铸机，通过调控铁含量(0.1-0.2wt%)和压射套加热工艺，结合断口形貌分析、显微组织观察和力学性能测试，系统揭示了冷隔缺陷的形成机制与控制策略。

关键技术方法包括：采用光学显微镜和扫描电镜(SEM)表征冷隔区与无缺陷区的微观结构差异；通过能谱分析(EDS)鉴定α-Al₁₅(FeMn)₃Si₂、β-Al₅FeSi等金属间化合物；利用拉伸试验机测试不同工艺条件下合金的力学性能参数。

【Microstructure】研究发现冷隔区呈现枝晶状α-Al、粗大汉字状/板状共晶硅、不规则α-Al(FeMn)Si相以及针状β-AlFeSi和棒状π-Al₈FeMg₃Si₆晶体；而无缺陷区则为等轴α-Al晶粒、细粒状共晶硅和α-Al(FeMn)Si颗粒。这种组织差异直接导致冷隔区成为裂纹萌生和扩展的优先位置。

【Conclusions】研究得出三大结论：(1)增加铁含量可有效降低压射套内半固态合金的固相分数，从而减少冷隔缺陷，但会恶化基体合金力学性能；(2)压射套加热工艺对低铁含量(0.1wt%)合金的冷隔抑制效果显著，且能保持良好力学性能；(3)冷隔缺陷使合金的拉伸强度、屈服强度和延伸率分别降低达15%、20%和50%。

该研究的创新价值在于首次阐明了铁含量与冷隔缺陷的定量关系，突破了传统工艺中"降低铁含量提高性能却加剧缺陷"的矛盾。提出的压射套加热工艺为汽车压铸件质量控制提供了经济有效的解决方案，特别适用于对延展性要求较高的薄壁结构件生产。Yiming Qin、Manjun Huang等作者的工作为铝合金压铸工艺优化建立了新的理论框架和技术路径。