题目：Sc、Zr微合金化对铸造Al-Si-Mg合金组织和性能的影响

铝合金具有密度小、重量轻、比强度高、电导与热导性好、耐腐蚀等优点，是航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中应用最广的一类有色金属结构材料。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铸造铝合金的性能提出了高强度、高塑性的要求。

通过添加微合金化元素，可以达到细化晶粒，变质共晶硅组织，生成析出强化相的目的，从而提高合金的强度和韧性。本文采用微合金元素的方法，在A356合金中加入总质量相同但质量比不同的Sc和Zr。10kg电阻炉制备Al-Si-Mg母合金，在真空感应熔炼炉将母合金与Al-2wt.%Sc和Al-5wt.%Zr中间合金在真空条件下熔炼，浇铸在铜制模具中。热处理采用马弗炉在540oC固溶10h，170oC时效8h。利用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、维氏硬度计、电导率仪以及室温拉伸等对合金的微观形貌、晶粒尺寸、相组成、电导率、力学性能等进行分析。主要结果如下：

加入Sc和Zr后，铸态A356合金晶粒尺寸减小，Si颗粒细化。当加入Sc/Zr=3:1时，合金的细化和变质效果最好，晶粒尺寸从315μm减小到223μm，共晶硅从之前的长棒状变质成细小的颗粒状。晶粒细化是由于加入Sc与Zr后生成的Al3(Sc1-x, Zrx)相能有效的充当合金在凝固时的异质形核核心；共晶硅主要是通过杂质诱发孪晶来使其变质。A356合金的力学性能随着Sc/Zr比的增加而提高，当Sc/Zr=3:1时，拉伸强度、屈服强度和延伸率分别为285MPa、187MPa和6.5%，较未变质的A356合金分别提高了51%、44%和91%。

A356合金是可热处理强化铝合金，热处理后共晶硅由未变质的层片状变成变质后的纤维状或球状。对于添加了微合金化元素的A356合金还会产生析出强化相，从而提高合金的强度。T6热处理状态后微合金化的A356合金的晶粒尺寸和二次枝晶间距随着Sc、Zr的加入而减小，这与铸态时变化趋势一致。当Sc/Zr比为1:1时，合金晶粒尺寸最小，共晶硅的变质效果最好，合金析出细小弥散分布的Al3(Sc1-xZrx)相，对合金有Orowan强化作用。此时合金的综合力学性能最好，拉伸强度、屈服强度和延伸率分别为242MPa、315MPa和9.8%，较A356合金分别提高了30%、20%和92%。合金力学性能的提高主要由于晶粒尺寸的细化、共晶硅的变质和Al3(Sc1-x, Zrx)相的沉淀强化。合金的电导率为26.45MS/m，较A356提高了18.61%。