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       亚共晶Al-Si系合金因其优异力学、铸造性能，在交通运输、航空航天、5G通讯等领域获得广泛应用。而Ti元素作为晶粒细化中的基础性元素，在改善亚共晶Al-Si合金的组织与性能方面发挥了一定作用，其作用机理和使用方法也备受关注和研究。然而，过高的Ti含量却会导致性能恶化、新增工艺难题、提高材料成本，不利于亚共晶Al-Si系合金的高质量发展。因此，Ti对该类合金的影响需要全面分析与评价，其应用措施也亟待进一步优化。

       近日，西安交通大学刘思达教授和山东大学刘相法教授团队对亚共晶Al-Si系合金晶粒细化、力学和铸造性能的影响的系统性研究，揭示出Al-Si合金中富钛区的形成机理以及Ti对力学性能的影响机制。最终，提出亚共晶Al-Si系合金细化的优化策略，即添加少量Al-TBC晶种合金，实现了微量Ti环境的晶粒细化性能强韧化。相关研究成果以“Insights into the dual effects of Ti on the grain refinement and mechanical properties of hypoeutectic Al-Si alloys”为题，以封面文章发表于期刊《Journal of Materials Science & Technology》上。

内容概述

       团队通过构建不同的合金细化场景（图1），系统研究了亚共晶Al-Si合金晶粒尺寸（图2）、力学性能（图3、4）、流动性能（图5）受Ti含量变化的影响规律。并在异质形核区域观察到富Ti区的存在（图6），结合表征揭示了富Ti区与三元Ti(Al,Si)3间的联系（图7）。揭示了晶内的含Ti、Si相的随Ti含量增高其分布越不均匀（图8），以及在热处理过程和拉伸过程中的特点（图9、10）。并发现Ti(Al,Si)3相的形貌特征和物理性质导致其可能成为裂纹的萌生点（图11）。最终讨论了优化策略中，即Al-TCB晶种合金与微量Ti配合的策略中，Al-Si合金晶粒细化性能强韧化的机理（图12、13、14）。

图1. 构建不同细化条件的中间合金表征

图2. 不同细化条件下晶粒尺寸随Ti含量的变化规律

图3. 不同细化条件下力学性能随Ti含量的变化规律

图4. 不同细化条件下力学性能的横向对比

图5. 不同细化条件下流动性随Ti含量的变化规律

图6. 异质形核区域中的富Ti区

图7. Ti(Al,Si)3相的形貌、分布与析出特征

图8. 合金组织中含Ti、Si相的不均匀分布现象