鑄造鋁合金熔煉工藝研究

張穎 喬莎莎 黨寧鴿 王榮華

摘 要：隨著國(guó)網(wǎng)的發(fā)展，金具行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。為了降低成本，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，各個(gè)公司都從減少材料，增加產(chǎn)品強(qiáng)度、質(zhì)量上著手。本文對(duì)鑄造鋁合金熔煉工藝進(jìn)行分析研究，預(yù)期到達(dá)通過(guò)變質(zhì)處理，細(xì)化晶粒，使鑄件內(nèi)部組織細(xì)化，從而提高鑄件強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：變質(zhì)處理；變質(zhì)劑及用量；鋁合金強(qiáng)度

0 引言

隨著國(guó)網(wǎng)的發(fā)展，金具行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。為了降低成本，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，各個(gè)公司都從減少材料，增加產(chǎn)品強(qiáng)度、質(zhì)量上著手。

對(duì)于鑄鋁產(chǎn)品，從原材料熔煉及變質(zhì)處理進(jìn)行分析研究，預(yù)期想到達(dá)通過(guò)變質(zhì)處理，細(xì)化晶粒，使鑄件內(nèi)部組織細(xì)化，從而達(dá)到提高鑄件強(qiáng)度的目的。

1 變質(zhì)處理的含義

在Al-Si合金中，通過(guò)加入適量的變質(zhì)劑，使鋁液金相組織發(fā)生改變，形成細(xì)小的共晶體。增強(qiáng)合金的機(jī)械性能及伸長(zhǎng)率。

2 變質(zhì)處理必要性

Al-Si合金中的共晶Si，特別是粗大的多角形板狀初晶Si，嚴(yán)重地割裂了Al基體，在Si相的尖端和棱角處引起應(yīng)力集中，使機(jī)械性能特別是伸長(zhǎng)率顯著降低，切削加工性能也不好。因此，當(dāng)含Si量高于6%～8%，必須進(jìn)行變質(zhì)處理。

3 變質(zhì)劑分類(lèi)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都在探求Al-Si合金新的變質(zhì)劑和變質(zhì)方法，據(jù)報(bào)道，下列元素對(duì)共晶體（ā+Si）均可起到不同程度的變質(zhì)作用，如Na（納）、Sr（鍶）、Y（釔）、Bi（鉍）、Sb（銻）、S（硫）等。

4 變質(zhì)劑的選用

4.1 鈉鹽變質(zhì)法：鈉鹽變質(zhì)法的成本低，制備也比較簡(jiǎn)單，適合批量小、要求不很高的產(chǎn)品，其缺點(diǎn)是：鈉是化學(xué)活潑性元素，在變質(zhì)處理中氧化、燒損激烈、冒白色煙霧，對(duì)人體和環(huán)境都有危害，操作也不太安全，特別是易使坩堝腐蝕損壞，它的充分變質(zhì)有效時(shí)間短，一般不超過(guò)1h。鈉還使Al-Mg系合金的粘性增加，惡化鑄造性能，當(dāng)鈉量多時(shí)，還會(huì)使合金的晶粒催化，所以一般都不用鈉鹽變質(zhì)劑來(lái)進(jìn)行變質(zhì)處理，以免出現(xiàn)所謂“鈉脆”現(xiàn)象。

4.2 鋁鍶中間合金變質(zhì)法：這是國(guó)外使用的較多的一種長(zhǎng)效變質(zhì)方法。加入量為爐料總重量的0.04%-0.05%的Sr。其優(yōu)點(diǎn)是變質(zhì)效果比鈉鹽好，氧化燒損也比鈉鹽小，有效變質(zhì)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)坩堝的腐蝕性也比鈉鹽小，因而可使坩堝的使用壽命延長(zhǎng)。這種變質(zhì)法操作也比使用鈉鹽安全衛(wèi)生，不產(chǎn)生對(duì)人體和環(huán)境有害的氣體，變質(zhì)效果也比鈉鹽好，一般有80%-90%的良好變質(zhì)合格率。其缺點(diǎn)是：成本比鈉鹽高，要預(yù)先配制成中間合金。

通過(guò)對(duì)多種變質(zhì)劑分析，最后確定選用最適合公司生產(chǎn)使用的Sr（鍶）作為變質(zhì)劑。

5 Sr變質(zhì)的加入量與熔煉方式

通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)分析，在共晶體和共晶成分的Al-Si合金中加入0.02%～0.06%Sr時(shí)，合金能有效地變質(zhì)，且鍶的變質(zhì)有效時(shí)間為6～7小時(shí)。但重熔時(shí)，不易用氯鹽進(jìn)行精煉，且熔煉超過(guò)6～7小時(shí)后，必須另加Sr進(jìn)行重新變質(zhì)。

Sr含量對(duì)合金性能的影響：下圖為ZL102合金的實(shí)際含Sr量和機(jī)械性能的關(guān)系，由圖可見(jiàn)，含Sr量0.02%～0.06%時(shí)，抗拉強(qiáng)度和塑性達(dá)到最大值，隨后性能下降。因?yàn)镾r含量超過(guò)0.06%后，出現(xiàn)新的脆化相，使合金性能變壞。

鍶變質(zhì)的熔煉過(guò)程：在鋁料經(jīng)過(guò)熔煉、精煉、除氣、扒渣后，鍶以Al-Sr合金加入鋁液中，進(jìn)行攪拌熔煉。待5～10分鐘后，即可進(jìn)行爐前檢驗(yàn)，判斷變質(zhì)效果。

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

下表為未經(jīng)Sr變質(zhì)和經(jīng)過(guò)Sr變質(zhì)的產(chǎn)品拉力實(shí)驗(yàn)結(jié)果；

[產(chǎn)品

名稱(chēng)

懸垂線(xiàn)夾主體

懸垂線(xiàn)夾主體

懸垂鋁套殼][產(chǎn)品

型號(hào)

CGF-10044

CGF-10040TG

TK-05][材料

ZL102

ZL102

ZL102][未加Sr的

抗拉強(qiáng)度

102kN

105kN

101kN

100.8kN

80kN

79.1kN][加入Sr的

抗拉強(qiáng)度

160kN

155kN

148kN

140kN

95kN

98kN]

結(jié)果分析：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們證實(shí)經(jīng)過(guò)Sr變質(zhì)的產(chǎn)品，抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未經(jīng)Sr變質(zhì)的產(chǎn)品。所以，Sr變質(zhì)起到細(xì)化晶粒，使鑄件內(nèi)部組織細(xì)化，提高鑄件強(qiáng)度的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]鑄造有色合金及其熔煉[M].河北工學(xué)院科技情報(bào)研究室，1985.5.

[2]鑄造有色合金手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1978.4.

[3]鑄造手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1993.2.

作者簡(jiǎn)介：

張穎，男，出生年，1986年10月3日，籍貫：四川樂(lè)山， 職稱(chēng)：初級(jí)工程師，學(xué)位：大學(xué)本科。