提高al-si合金的铸造性能

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1、提高al-si合金的铸造性能【摘要】铸造铝合金主要有al-si、al-cu、al-mg、al-zn四类，其中al-si类合金（si≥5%）在工业上应用的时间虽然比al-cu类合金晚，但它具有优良的铸造性能，如收缩率小、流动性好、气密性好和热裂倾向小等，经过变质处理之后，还具有很好的力学性能、物理性能和切削加工性能，因而成为铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金。【关键词】al-si合金；变质处理；铸造性能；加工性能；时效处理；双重变质0引言铝的密度小、塑性好，具有优良的导电性和导热性，表面有致密的氧化膜保护，抗腐蚀性好，而且回收成本低，是一种可持续发展的有色金属

2、。在纯铝中，加入其它金属或非金属元素，能配制成各种可供压力加工或铸造用的铝合金。1ai-si合金的变质处理1.1al-si合金共晶体的变质共晶成分的合金组织，通过加na、sr及sb等变质处理，使共晶硅由原来的粗片状变为珊瑚状。由于组织显著变化，合金的室温力学性能特别是伸长率得到很大的提高，切削加工性能也有明显改善。近些年来，运用现代测试技术的观察结果，对na变质机理提出了两种理论：si晶粒的成长受抑制理论和si晶核的生成受到抑制理论。1.2al-si合金初晶硅的变质al-si合金随着含硅量的增加，虽然铸造性能得到改善，但组织中出现针片状的共晶硅。因此，al-s

3、i合金当含硅量高于6-8%时，必须进行变质处理。当含硅量超过共晶成分（12.6%）后，组织中出现粗大的多角形板状初晶硅，在si相尖端和棱角处引起应力集中，合金容易沿晶粒的边界处，或者板状硅本身开裂处而形成裂纹，使合金变脆，力学性能特别是伸长率显著降低。1.3双重变质加磷能有效细化初晶硅，但不能细化共晶组织，如果能同时细化共晶组织，则还能提高力学性能，尤其是伸长率。这种变质就称为“双重变质”，对于含硅量是在16%以下的合金，细化共晶组织，具有重要意义。al-si合金的拉伸强度主要受合金中初晶硅的尺寸和形状的影响，而延伸率主要受合金中共晶组织的影响。根据过共晶al

4、-si合金初晶硅、共晶硅的变质机理的不同，人们对al-si合金进行共晶、初晶双重变质的研究方兴未艾，以期进一步提高其力学性能，扩大其使用范围。初晶硅的细化剂主要是p，使共晶硅变质的元素主要有na、k、li、cd、ba、in、la、ti、bi、s、te、se、se、sr和re等。1.4影响p变质效果的工艺因素1.4.1最佳含p量：细化初晶硅一般都有一个最佳含p量。低于此值，变质不足，高于此值则产生“过变质”，初晶硅会逐渐变粗，一般认为，最佳残留含p量为0.001-0.05%。由于p的精确取样和分析存在误差，控制范围又比较宽，通常按加入量进行控制，公认的p加入量为

5、合金重量的0.1%，这个数字和变质剂的种类以及许多任务及因素（变质温度、浇注温度、凝固速度、孕育时间等）有关，应通过试验予以适当调整。1.4.2变质温度：初晶硅的异质结晶核心alp熔点高达1000℃以上，如果变质温度过低，alp会在al液中凝聚成团，随温度的下降逐渐失去变质作用。提高变质温度能使alp质点细化，分布均匀，改善变质效果。一般情况下，熔炼变质温度高于合金液相线150℃时已有明显的变质效果，继续升高温度己没有必要，相反只会增加合金吸气和产生氧化夹杂。对过共晶al-si合金而言，有学者提出临界（最低）变质温度与含硅量有关，得出公式t（℃）=23×wsi

6、+375，其中wsi为al-si合金含硅量。例如，si=20%时，其临界（最低）变质处理温度为23×20+357=817℃。可以看出：变质处理的温度与al-si合金的含硅量密切相关，含硅量越高，变质处理温度相应提高。1.4.3变质处理和精炼的配合：经变质后的al液在高温（850℃）下长时间（3-5h）静置，变质效果会逐渐消失，但用六抓乙烷精炼后，可重新出现良好的变质效果，这并不是六氯乙烷本身具有变质作用，而是消除了气体和氧化夹杂的结果，可见气体和氧化夹杂不但影响合金的质量，而且影响alp的变质效果；一般认为气体和氧化夹杂使alp钝化，部分甚至完全地失去变质效果

7、。因此变质前后都要用六氯乙烷。当用于金属型铸造或压铸时，要长期保温，可进行多次精炼，以保持变质效果。1.4.4浇注温度的选择：通常，为了避免针孔、疏松等铸造缺陷，在保证充型的前提下，应选择尽量低的浇注温度，但对经变质处理的过共晶al-si合金还必须考虑变质温度过低会影响变质效果。试验表明，浇注温度过低，alp开始凝聚成团，失去变质效果，一般要求保持在液相线温度以上70-100℃。2减少合金中的有害杂质2.1杂质fe的有害作用和消除方法fe是al-si合金中的主要杂质，它主要来自炉料、增塌和熔炼工具。在铸造al-si合金中，fe常以β（alsife）铁相出现。β

8、铁相硬而脆，往往以粗大的针状穿过α-a