铝合金铸件铸造技术基础1

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1、铝合金铸件铸造技术基础1.1前言对于从事铸造工作的技术人员和研究人员来，追求无缺陷的铸件这是一个很大的课题。铸件生产牵扯到方方面面的技术，而且相互间有很复杂的关系。因此完全解决铸件的缺陷不是简单的问题，需要常年努力，积累经验，改善铸造技术，虽然目前已解决了许多问题，而且也诞生了许多的技术，但残留下来的问题依然很多有待解决。铝合金铸件与铸铁、铸铜相比，其重量轻，这是一个很大的长处，因此无论过去还是现在。对铸件的轻量化这种需求越来越高。在这里就铝合金及镁合件铸造技术的基础知识，以凝固组织和结晶微细化为中心，说明熔汤的气体吸收，熔汤表面的氧化，偏析，流动性等问题。1.

2、2熔汤和气体的反应熔融金属一般来说都是反应性较高的物质，比如与溶解气氛，与容器的反应，或与残渣的反应也容易产生。特别是熔融金属合金，若采用了吸收了水分的原材料，或由耐火材料里放出的水分，如同（1.1）式表现的那样吸收了氧。因此休假后在重新作业和在湿度较高的时候必须要特别注意。M+H2O=MO+H2……….(1.1)一步讲，即使是燃料气体和油等炭化氢等燃料的燃烧，也按（1.2）式的反应，产生H2O,使熔汤吸收氢气。CxHy+(X+Y/4)O2→XCO2+Y/2H2O………..(1.2)从（1.1）式很明白看出,一部分金属变成了氧化物,另外氢气如（1.3）式表示那样

3、进入熔融金属中。H2=2[H]……（1.3）另外氢的分压的（1.4）表示[H]2=KPH2……(1.4)在这里K是一个定量。由此看出，氢气进入熔汤的机会是相当大的。特别是铝合金、镁合金，吸收氢气是很显著的。这是大家都知道的。图1.1表示铝、镁中的氢气，随温度上升而增加。图1.2是铝合金中H，O，Cu,Zn及Mg的扩散系数的表示。由此可以氢的扩散比其他元素的扩散要大。镁合金的合金成分及不纯无的元素种类不同氢气的吸收量是不同的。例如：Zn和Al的添加量即使增加了同时氢气的吸收量也将增加。因此，镁合金的溶解与铝合金同样，做必要做适当的除气处理。1.3熔汤的表面氧化1.

4、3.1铝合金以铝合金为代表，金属在大气中溶解时，一般都会有氧化反应，将产生氧化物。铝合金溶解作业时，熔汤表面将产生的氧化物为主的是浮渣。因此需要除去这此浮渣，被除去的这些浮渣再经过处理，回收铝的成分，最终大部分都做为工业废弃物被处理掉。由此可见，在溶解过程中浮渣产生的越少当然就越好。铝合金表面氧化的生成过程不是单纯的原因。纯铝，首先生成薄薄的γAl2O3,一旦形成，继续氧化将被抑制。但经过某个潜伏期将变成αAl2O3又推进了氧化。氧化物生成对合金元素也将产生影响。对于Fe、Zn、Mn的影响较少，合金中含有Mg就会引起显著的氧化，其氧化膜的组成与Mg的含有量有关系

5、，Mg的含有量0.005%以下的话生成AL2O3，以上的话，将成为Al2O3和MgO的所谓尖晶石结构。再高的话，2%以上时将变成MgO。一旦氧化膜在合金表面形成，由于氧化膜自身呈多孔质。从管道状的洞穴，熔融铝通过毛细管现象到达表面，继续推进氧化。由此可见，最好是避免大气与熔汤的直接接触。另外Be的优先氧化形成致密的被膜，Al-Mg合金的氧化损失就会减少。这是一般都了解的一种避免过多氧化损失的一种方法。再者就Si的含量在7%以上的亚共晶及共晶Al-Si合金而言，如1.4.1(2)叙述的那样，为了共晶组织中Si的微细化，要添加微量的Sr、Sb和Na，但添加这些元素的

6、过程中，添加Sr，牵扯到表面氧化物增加，这是因为Sr从溶解气分中吸收水分，加速氧化的同时使铝合金熔汤中的氢气溶解量增加，其结果使气孔增加。因此这种合金在密闭炉以外的熔解状态下，Sr添加后要立即用来铸造。另外添加Na，对氧化膜也将产生影响，由于Na的蒸发氧化膜破裂增大了氧化速度，这一课题的研究结果还不十分明确。1.3.2镁合金镁合金的熔汤比铝合金与氧的亲和力更大。由于有爆炸燃烧的问题。溶解时要绝对避免与空气直接接触。为此靠精炼使熔汤表面形成一个盖子。同时把SF6气体，与CO2和空气混合，在此炉气氛中进行溶解。SF6气体在0.1~0.5%范围的浓度为宜，这种气体与镁

7、反应后，在熔汤表面形成MgF2薄薄被膜防止氧化，但是SF6的浓度超过1%时。铁锅与熔汤液面接触线附近要发生侵蚀，这是需要注意的。另外在973K的温度以上时，SF6的保护被膜的作用将失去，这也需要注意。镁合金和铝合金一样，表面氧化的问题，不能完全避免。再者SF6气体对地球温暖有影响，使用除CO2气体以外的气体都有一些规定。当务之急是研究一种可替代的方法。1.4凝固组织与微细化1.4.1铝合金大家都知道，合金的铸造宏观组织是由CHILL晶、柱状晶和等轴晶构成的，根据凝固条件不同。在宏观组织方面CHILL晶没有，仅有柱状晶的情况下，柱状晶与等轴晶共存，另外我们还观察到

8、仅由等轴晶构成的组织。不