铝合金作为一种轻质合金材料,由于其具有导热性能高、耐腐蚀性强、吸收冲击力强、比重低等优点,在汽车轻量化的发展中,已成为了替代传统钢铁的首选材料。然而铝合金由于强度、硬度与耐磨性仍与钢铁有一定的差距,对于一些需要在高强度、高耐磨环境下服役的汽车零部件,目前依然只能采用钢铁作为其主要材料。所以研究开发一种Al/Fe双金属材料,将钢铁与铝合金的优异性能结合起来,在保证材料安全性能的同时,有效提升汽车零部件的强重比,最大限度的综合和发挥两种材料各自的优点,对未来汽车轻量化高强度零部件的发展,具有重要的意义。Al/Fe液-固双金属复合铸造作为一种实现铝铁异种金属有效复合的新工艺,相比于传统Al/Fe异种金属的焊接工艺,具有很高的工艺便捷性,可以实现具有复杂结合面汽车零部件的批量生产。但目前Al/Fe液-固双金属复合铸造过程中主要存在三个难点:一是铝、铁两种金属表面易发生氧化,产生的氧化层会削弱金属基体表面的润湿性,影响铝、铁基体之间的冶金结合;二是铝铁冶金结合界面处易生成脆性的Fe-Al金属间化合物,会造成铝铁结合界面强度出现下降;三是铝、铁两种金属之间的冷却收缩系数差异较大,铝、铁基体冷却收缩时容易在结合界面处产生微裂纹。所以本文围绕以上Al/Fe液-固双金属复合铸造工艺难点展开工作,主要进行了以下研究:首先通过对QT500-7球墨铸铁基体表面进行预处理,重点研究了表面预处理及其工艺参数对铝铁冶金结合界面形成的影响。实验结果表明,直接进行热浸镀处理、以及采用表面清洁预处理+短时间低温度条件下热浸镀处理的QT500-7球墨铸铁基体,其表面与热浸镀镀层之间均不能形成有效的冶金结合界面;而在预处理基础上,随着热浸镀保温时间和保温温度不断增加,Al、Fe原子之间的相互扩散可以在液-固界面上逐渐形成由Al、Al/Fe过渡层、Fe的三层“夹心式”结构组成的铝铁冶金结合界面,说明对QT500-7球墨铸铁基体采用表面清洁处理+恰当工艺参数的热浸镀处理是形成连续冶金结合界面的前提。其次在热浸镀处理的基础上,重点研究了不同工艺参数对ZL101A/QT500-7双金属试样冶金结合界面强度的影响。通过分析,试样液-固界面上均形成了由铝基体侧Al8Fe2Si相和铁基体侧Fe2Al5、Fe Al3相组成的Al/Fe过渡层,当保温时间过短或保温温度过低时,反应形成的Al/Fe过渡层不够平整、连续,之后随着保温时间的增加、保温温度的升高,Al/Fe过渡层形貌逐渐得到改善,但其厚度的增加会形成大量金属间化合物,对试样界面结合强度造成不可逆的损害,而且Fe在铝基体中形成大量板条状、团块状的Al-Fe-Si三元相同样会影响界面的结合强度,因此剪切强度随保温时间、保温温度的增加表现为先增加后减小的状态,当保温温度为710℃、保温时间为20min时,其剪切强度达到最大值75.78MPa。最后,在液-固复合铸造的基础上,研究了铝合金T6热处理对ZL101A/QT500-7双金属试样冶金结合界面强度的影响。研究结果表明,在淬火前采用隔热材料包覆铁基体表面的改良T6热处理方法,可以改变双金属淬火件的温度场,解决铝、铁两种金属由于冷却收缩系数差异较大在结合界面处易产生裂纹的问题;此外热处理保温过程会明显提升Al/Fe过渡层的厚度,在Al/Fe过渡层上形成柯肯达尔孔洞,加之试样铝基体中大量的板条状、团块状Al8Fe2Si组织,会使试样的结合强度在热处理后出现大幅下降。因此热处理后的试样剪切强度随着Al/Fe过渡层厚度的增加而减少,故经过710℃下保温10min的铸态试样在热处理后具有最佳的剪切强度,达到56.21MPa。