原标题：Zn含量及时效工艺调控，让铸造铝硅合金更强更硬！

导读

湖北汽车工业学院团队通过优化Zn含量及时效工艺，显著提升Al-Si-Zn-Cu-Mg合金的强度与硬度，在3% Zn+170℃×4h时效条件下，合金抗拉强度达376 MPa、硬度144 HB，为高强韧铸造铝合金的开发与国产化替代提供了重要依据。

铸造Al-Si合金因其优良的铸造性能和耐磨性，被广泛用于汽车、航空航天等领域。通过添加Cu、Mg、Zn等元素并配合热处理，可大幅提升其力学性能。近年来，为替代成本高昂的含Ni欧标合金AC-AlSi12CuNiMg，开发低成本、高性能的新型Al-Si-Zn-Cu-Mg合金成为研究热点。

时效处理是提升合金性能的关键步骤，其温度与时间直接影响析出相类型、尺寸和分布，进而决定合金强度、硬度及残余应力水平。本文系统研究不同Zn含量及时效工艺对合金组织与性能的影响，旨在为实际生产提供优化工艺窗口。

【内容来源】

该研究由湖北汽车工业学院材料科学与工程学院的何建刚、郭睿、曾大新、李峰光、史秋月合作完成，论文《时效处理对Al-Si-Zn-Cu-Mg合金组织与性能的影响》发表于《特种铸造及有色合金》2025年第45卷第6期。研究聚焦于不同Zn含量合金在多种时效条件下的组织响应与性能变化。

【研究亮点】

本研究明确了Zn对Al-Si-Zn-Cu-Mg合金时效硬化行为的促进作用，优选出的3% Zn配合170℃×4h时效工艺使合金抗拉强度达376 MPa，硬度144 HB，残余应力较低，综合性能优于部分含Ni合金。

【研究方法】

研究选用不同Zn含量（0–4 wt%）的Al-12.5Si-2Cu-1Mg合金，经510℃×8h固溶处理后水淬，再在160℃、170℃、180℃下进行不同时间时效。采用金相显微镜、SEM、XRD分析组织，测量硬度、拉伸性能及残余应力，系统评价Zn含量及时效参数的影响。

图1　热处理工艺试验和残余应力试样示意图

图2　残余应力测试原理
Fig.2　Principle of residual stress test
1.剪切点　2.应变片　3.连接器　4.线丝

图3　热处理态Al-12.5Si-xZn-2Cu-1Mg合金金相组织和共晶Si相平均形状因子

【内容解读】

详细分析了Al-Si-Zn-Cu-Mg合金在不同Zn含量下的时效处理对组织和性能的影响。研究发现，随着Zn含量的增加，合金组织中的共晶Si相形状因子增大，表明Zn元素对Si相的细化作用，促进了Si相的球化。通过SEM形貌和EDS分析，发现Zn含量大于2%时，合金中析出富Zn相，且随着Zn含量的增加，富Zn相分布更均匀。热处理后，Mg、Cu元素富集区转变为圆块状，表明Q-Al5Mg8Si6Cu2相发生了部分溶解。

图4　Al-12.5Si-xZn-2Cu-1Mg合金热处理后SEM形貌

力学性能分析显示，时效温度为160℃时，合金硬度随Zn含量增加而提高，且Zn含量为3%时峰值硬度最高。时效温度对合金硬化速率影响更大，最优时效工艺为时效温度170℃、时效时间4小时。热处理后合金的抗拉强度显著提升，伸长率随Zn含量增加而降低。

图5　不同Zn含量和不同时效温度下Al-12.5Si-xZn-2Cu-1Mg合金硬度随时效时间变化规律

图6　Al-12.5Si-xZn-2Cu-1Mg合金热处理后的力学性能

残余应力分析表明，时效处理过程中残余应力降低有限，不超过30%。断口形貌分析显示，添加Zn后合金断口以小解理平面和韧窝为主，提高了力学性能。

图7　时效时间对Al-12.5Si-3Zn-2Cu-1Mg和EN AC-AlSi12CuNiMg合金残余应力的影响

图8　时效温度对Al-12.5Si-3Zn-2Cu-1Mg残余应力影响

图9　Al-12.5Si-xZn-2Cu-1Mg合金热处理后断口形貌

【主要结论】

Zn添加促进Si相球化及元素均匀化，加速时效析出，缩短峰时效时间。3% Zn合金经510℃×8h固溶+170℃×4h时效后，综合性能最佳，抗拉强度376 MPa，硬度144 HB。时效处理可小幅降低残余应力（≤30%），Zn含量提升有利于强度硬度，但略微牺牲塑性。

本文转载自：《特种铸造及有色合金》