靜置時間對Sb-Te聯(lián)合變質(zhì)ZL101A的影響

薛永軍，宗紹迎，梁福順（山西汾西重工有限責(zé)任公司，山西太原 030027）

靜置時間對Sb-Te聯(lián)合變質(zhì)ZL101A的影響

薛永軍，宗紹迎，梁福順
（山西汾西重工有限責(zé)任公司，山西太原 030027）

利用掃描電鏡分析、能譜分析、抗拉強(qiáng)度分析，研究了靜置時間對Sb、Te聯(lián)合變質(zhì)ZL101A的影響。結(jié)果表明，隨著靜置時間的延長，ZL101A合金的組織不斷細(xì)化，45 min后，變質(zhì)效果達(dá)到最佳，合金的抗拉強(qiáng)度也從298 MPa增加到329 MPa，隨著時間的延長，變質(zhì)效果沒有衰退現(xiàn)象。

靜置時間；Sb；Te；ZL101A；變質(zhì)處理

ZL101A合金是應(yīng)用比較廣泛的鑄造鋁硅合金之一，由于其質(zhì)量輕，比強(qiáng)度、比剛度高，特別受到航空航天、船舶以及汽車工業(yè)的青睞。由于Al-Si合金中Si含量比較高，板片狀的共晶硅嚴(yán)重制約鋁硅合金性能的發(fā)揮。通常情況下，為了提高合金的力學(xué)性能，鑄造鋁硅合金要進(jìn)行變質(zhì)處理。工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的是鈉鹽變質(zhì)、鍶變質(zhì)等，但鈉鹽變質(zhì)屬于短效變質(zhì)，變質(zhì)效果持續(xù)時間在30 min左右，鍶變質(zhì)屬于長效變質(zhì)，但變質(zhì)過程中吸氣傾向大［1］。Sb、Te聯(lián)合變質(zhì)作為一種長效變質(zhì)劑，避免了鈉變質(zhì)和鍶變質(zhì)的不足。本文論述了Sb、Te聯(lián)合變質(zhì)過程中靜置時間對變質(zhì)效果的影響。

1　試驗(yàn)方法

首先將ZL101A合金在坩堝電阻爐中熔化，待溫度達(dá)到720 ℃時，分別加Sb、Te變質(zhì)劑，攪拌均勻，然后用C2Cl6進(jìn)行精煉，精煉劑加入量為0.6%～1%，精煉溫度控制在720～750 ℃。精煉完成后，鋁液分別靜置15、30、45、90 min，采用差壓澆注工藝進(jìn)行澆注，鑄型為砂型，澆注后的試樣分別標(biāo)記為試樣1#、試樣2#、試樣3#和試樣4#。澆注工藝參數(shù)如下：澆注溫度700～720 ℃，升液速率40～50 mm/s，充型速率50～60 mm/s，保壓壓差80～100 kPa，保壓時間5～7 min。澆注完成后，試樣進(jìn)行T6處理，工藝參數(shù)執(zhí)行GB/T1173—1995，淬火轉(zhuǎn)移時間≤15 s。生產(chǎn)完成后的試樣經(jīng)過打磨、拋光，并經(jīng)HF酸腐蝕后進(jìn)行SEM掃描，并進(jìn)行抗拉強(qiáng)度檢測。

2　試驗(yàn)結(jié)果

2.1試樣化學(xué)成分分析結(jié)果（表1）

表1　試樣化學(xué)成分

2.1金相組織

金相組織見圖1。從SEM照片可以看出，試樣1#的共晶硅沒有完全細(xì)化，有大量的板片狀共晶硅存在，試樣2#中大部分共晶硅已經(jīng)顆?；?，但仍有少量板片狀共晶硅沒有完全?；Ｔ嚇?#中共晶硅已經(jīng)完全顆?；?，而且分布較均勻。試樣4#的SEM照片與試樣3#的基本相同，表明隨著時間的延長，變質(zhì)效果沒有衰退。

2.2抗拉強(qiáng)度檢測

圖1　不同試樣的SEM照片

試樣的抗拉強(qiáng)度檢測結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，隨著靜置時間的延長，抗拉強(qiáng)度從15 min時的298 MPa，增加到了45 min時的329 MPa，并且隨著時間的延長，抗拉強(qiáng)度沒有明顯的下降趨勢。

圖2　抗拉強(qiáng)度與靜置時間的關(guān)系

2.3分析與討論

Sb、Te變質(zhì)過程中，Sb能夠消除鋁熔體中共晶硅的異質(zhì)形核核心，增加共晶硅結(jié)晶凝固的過冷度，共晶硅將以纖維狀和板片狀之間的中間狀態(tài)生長，能夠使共晶硅變得細(xì)小。Te的作用是阻礙Si的側(cè)向生長，在Si相前沿富集，有選擇的吸附，最后進(jìn)入晶體產(chǎn)生孿晶，使共晶硅的生長產(chǎn)生分支，從而細(xì)化共晶硅［2］。

通過對靜置15 min的試樣進(jìn)行SEM分析、EDS分析，從放大500倍的SEM照片，發(fā)現(xiàn)有一處組織中仍有未溶解的單質(zhì)Sb存在，見圖3所示A處。該處EDS分析結(jié)果表明，wSb含量高達(dá)74.26%，wAl為1 9.66%。表明Sb在加入15 min后仍有部分沒有完全溶解進(jìn)入鋁液中。由于靜置15 min后仍有Sb沒有完全溶解，因此Sb的變質(zhì)作用沒有完全發(fā)揮，變質(zhì)效果較差。

隨著時間的延長，達(dá)到30 min時變質(zhì)合金的晶粒較15 min時進(jìn)一步細(xì)化，但仍有少量的板片狀的共晶硅存在。在靜置30 min的試樣中沒有發(fā)現(xiàn)未溶解的單質(zhì)Sb，但Sb溶解后發(fā)揮變質(zhì)細(xì)化作用還需要一定的孕育期，所以30 min時變質(zhì)效果仍沒有達(dá)到最佳。再隨著時間的延長，Sb的變質(zhì)作用完全發(fā)揮，變質(zhì)效果達(dá)到了最佳。而且變質(zhì)作用沒有衰退現(xiàn)象。

Sb的熔點(diǎn)630.5 ℃，Te的熔點(diǎn)450 ℃，在聯(lián)合變質(zhì)過程中，Te能夠在較短時間內(nèi)溶解進(jìn)入鋁液中，發(fā)揮變質(zhì)作用，但Sb的熔點(diǎn)較高，其完全溶解需要較長的時間，而且溶解后的Sb要完全發(fā)揮變質(zhì)作用，還需要一定時間。因此決定Sb、Te聯(lián)合變質(zhì)的效果主要靠熔點(diǎn)較高的Sb的完全溶解。

抗拉強(qiáng)度的測試結(jié)果也與SEM照片的分析結(jié)果相一致。合金的抗拉強(qiáng)度在15 min時為298 MPa，隨著時間的延長抗拉強(qiáng)度呈直線上升，到45 min時達(dá)到329 MPa，并且隨著時間的延長，抗拉強(qiáng)度沒有下降趨勢。

圖3　未溶解的Sb掃描照片及其EDS能譜分析

3　結(jié)論

（1） Sb、Te聯(lián)合變質(zhì)能夠細(xì)化ZL101A的共晶硅，提高合金的力學(xué)性能，合金差壓鑄造條件下的抗拉強(qiáng)度優(yōu)于GB/T1173—1995。

（2） Sb變質(zhì)劑存在較長的孕育期，變質(zhì)效果在45 min左右達(dá)到最佳。

（3） Sb、Te聯(lián)合變質(zhì)具有長效性。

［1］ 張忠華，邊秀房. 鍶變質(zhì)處理對熔體吸氫及氣孔形態(tài)的影響［J］.鑄造，1999（1）：5-7.

［2］ 龍文元，堯軍平. Sb和Te變質(zhì)對A357合金組織和性能的影響［J］.特種鑄造及有色合金，2003，33（7）：601-603.

［3］ 李升，于彤， 楊保安，等. ZL101A合金用磷碳復(fù)合變質(zhì)劑的研究［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，199（6）：21-22.

Effects of Standing Time on ZL101A Alloy with Sb Te Composite Modifi cation

XUE YongJun， ZONG ShaoYin， LIANG FuShun
（Shanxi Fenxi Heavy Industry CO.， LTD.， Taiyuan 030027，Shanxi，China）

Studied effects of standing time on ZL101A alloy modifi ed with a Te-Sb composite modifi er by using SEM、 EDS and Tensile test analysis. The study suggests that the microstructure of the alloy become more refi ner with standing time prolonging，and the effects of modifi cation reach peak after 45 min，tensile strength of the alloy improved from 298 MPa to 329 MPa. The modifi cation effects don't decline with the standing time prolonging.

Standing time；Sb；Te；ZL101A

TG146.2；

A；

1006－9658（2015）02-0004-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.02.002

2014-11-27

稿件編號：1411-719

薛永軍（1978—），男，工程師，主要從事鋁合金差壓鑄造方面的工作.