摘要：在材料科学不断发展的进程中，复合材料因其独特性能备受关注。本文聚焦于复合铸造 A356/Q345 材料，深入研究液 / 固体积比如何影响其组织及性能。通过热浸镀和复合铸造试验，结合多种分析测试手段，揭示了液 / 固体积比与界面组织、力学性能间的内在联系，为该材
【全文导读】
在材料科学不断发展的进程中，复合材料因其独特性能备受关注。本文聚焦于复合铸造 A356/Q345 材料，深入研究液 / 固体积比如何影响其组织及性能。通过热浸镀和复合铸造试验，结合多种分析测试手段，揭示了液 / 固体积比与界面组织、力学性能间的内在联系，为该材料的优化应用提供了重要依据。
随着航空航天、汽车等行业快速发展，单一材料难以满足高性能需求，复合材料应运而生。铝 / 钢复合材料兼具铝合金与钢铁的优良特性，在汽车制造等多领域广泛应用。复合铸造法制备此类材料具有诸多优势，但液 / 固体积比这一关键因素对铝 / 钢复合材料界面组织和性能影响的研究尚不充分，其作用机制有待深入探索。本研究以 A356 铝合金和 Q345 钢为对象，探讨液 / 固体积比在复合铸造中的影响规律。
【研究亮点】
系统研究液/固体积比对 A356/Q345 复合材料界面组织特征、厚度、相组成及力学性能影响。明确随着液/固体积比变化，结合层厚度、硬度及复合材料力学性能的变化趋势。发现液/固体积比为 9.93 时，复合材料综合力学性能最佳，为实际生产提供关键参数。
【来源解析】
兰州理工大学李元东教授团队等在2024年第44卷第10期《特种铸造及有色合金》期刊上发表了题为“液/固体积比对复合铸造A356/Q345组织及性能影响”的文章，作者对Q345钢在700 ℃下进行热浸镀A356铝合金试验，采用液/固复合铸造法制备A356/Q345双金属复合材料。研究液/固体积比（5.54、6.91、9.93、13.3）对A356/Q345复合材料界面组织特征、厚度、相组成及力学性能的影响。结果表明，界面处均产生良好的冶金结合层，且随着液/固体积比的增大，结合层厚度由17.18 μm增大至22.04 μm。结合层主要由Al9Fe2Si2相、Al8Fe2Si相和Al5Fe2相组成。铝基体和钢基体的显微硬度基本保持不变，结合层的显微硬度随液/固体积比的增大小幅增加，平均显微硬度（HV）为356.89，远高于铝基体和钢基体的显微硬度。复合材料的抗拉强度和剪切强度呈先增大后减小的趋势，液/固体积比为9.93时，复合材料的综合力学性能最佳，抗拉强度和剪切强度达到了最大值，分别为351.4 MPa和48.3 MPa。
【研究方法】
材料准备 选用特定化学成分的 A356 铝合金铸锭和镀锌 Q345 方管，对钢管进行预处理后进行热浸镀 A356 铝合金，浸镀时间分别为 2、6、10 min，浸镀温度为 700℃。
铸造过程 将 A356 铝合金铸锭熔化、精炼、除渣、静置后，调整温度至 700℃，注入浸镀好的钢管，制备不同液 / 固体积比（5.54、6.91、9.93、13.3）的双金属铸件。
分析测试 微观组织观察：
金相试样经打磨、抛光、腐蚀后，用光学显微镜观察，并用扫描电镜及 EDS 能谱仪分析界面层。物相分析：采用 X 射线衍射仪（XRD）分析界面处物相种类。硬度测试：用显微硬度计测试界面区域硬度，载荷 10N，加载时间 15s。力学性能测试：线切割制取拉伸和剪切试样，用电子万能试验机测试抗拉强度和剪切强度，拉伸和剪切速度均为 0.5mm/min。
【图文结果】
图1A356铝合金的DSC曲线
图2铝/钢液-固复合铸造示意图
图3拉伸试样和剪切试样示意图
图4不同浸镀时间下镀铝钢管界面处的微观组织
图5扩散层厚度对数ln∆X与A356浸镀时间对数lnt的关系
图6不同液/固体积比时铝/钢复合界面的微观组织
图7不同液/固体积比时铝/钢复合界面SEM图像和EDS线扫描图
图9液/固体积比为5.54和9.93时铝/钢复合界面的XRD图谱
图10不同液/固体积比下铝/钢复合材料界面处硬度
图11不同液/固体积比下铝/钢复合材料的抗拉强度和剪切强度
【主要结论】
1. 浸镀时间影响 A356/Q345 界面扩散层厚度，2 - 10min 时厚度从 16.16μm 增至 35.94μm。
2. 液 / 固体积比 5.54 - 13.3 时，界面形成特定金属间化合物且冶金结合良好，结合层厚度从 17.18μm 增至 22.04μm，13.3 时铝合金液影响扩散层生长，产生较多硬脆相。
3. 液 / 固体积比增大，铝、钢基体硬度基本不变，结合层硬度小幅增加且远高于基体；复合材料抗拉、剪切强度先增后减，液 / 固体积比为 9.93 时综合力学性能最佳，抗拉、剪切强度较 5.54 时显著提高。
【本文引用格式】
中文：梁晓玉, 李元东, 邱谨, 等.液/固体积比对复合铸造A356/Q345组织及性能影响[J].特种铸造及有色合金，2024，44（10）：1313-1319.
英文：LIANG X Y, LI Y D, QIU J, et al.Effects of liquid/solid volume ratio on microstructure and mechanical properties of A356/Q345 by compound casting[J].Special Casting & Nonferrous Alloys，2024，44（10）：1313-1319.
来源：特铸杂志