铸造铝合金

Al-Si 变形铝合金研究与发展状况
网上关于 Al～Si 变形合金的文很少大多都是铸造型 Al～Si 的性 能，在仅有的几篇相关的文章里。由于所学知识有限在看文章的过程 中有不理解的地方，所以我只能选我能看的明白的地方写，可能有理 解的不对的地方了。我的作业分为两部分：方法一和方法二。他们通 过不同的方法得到 Al～Si 变形合金。 前言： 形变铝合金具有优良的塑性， 可以在热态下及冷态进行深加工变 形。加热时能形成单相固溶体，塑性好，适于加工成型。 铸造铝合金与变形铝合金的主要区别是： 铸造铝合金中合金元素 Si 的最大含量超过多数变形铝合金中的 Si 含量。铸造铝合金中除含 有强化元素之外，还必须含有足够量的共晶型元素，通常是 Si。 Al-Si 系铸造铝合金又称硅铝明。一般 Si 含量在 4%～22%，具有 优良的铸造性能，经变质处理和热处理后具有良好的力学性能、物理 性能、 耐蚀性能和中等的可切削加工性能， 是铸造铝合金中品种最多、 用途最广的合金系。 以上是老师上课讲的内容，当硅含量在 4%～22%应该属于铸造型 铝硅合金， 随着技术的发展通过加微量的其他元素等一些方法可以让 它变形。 正文： 方法一：
共晶 Si 相的 Na 变质传统工艺 （可以获得满意的变质效果，变质成本低，Na 盐 变质剂中的 NaF 有毒， 对人体有害、 腐蚀设备。 在变形铝合金的熔铸生产中, 使用的冶金炉通
常为反射炉, 容积较大, 铸造作业时间较长。 ）
共晶 Si 相的 Sr 变质新技术 用的变质剂 （变质有效期长; 无毒无烟害, 不损害人体健康; 不腐 蚀熔炼设备 ; 有一定程度的重熔变质效果。 Sr 变质的缺点主要是 Sr 可分解炉气中的水蒸气, 使熔体中氢含量增加 , 且变质成本较高。在变 形铝合金的熔炼生产中, 若在炉内用 Al—Sr 中 间合金变质, 需在熔体表面覆盖含 SrCl2 的覆 盖剂, 以减少 Sr 的烧损, 进而延长 Sr 变质的 有效期, 同时也有利于降低熔体中的含氢量。
需要（Hv137） 。随着锻造温度的增加，变形抗力和加工应力减小，合 金的成形性能得到提高。 我的理解： 加入初 Al、Si 元素的其他元素，一是为了让 Si 维持球状而不是 片状，二是其他元素的加入可以形成提高性能的化合物。 方法二： 合理确定元素 Si 的合金化 （所需的Si含量高所以得想办法放它“融入” ，不宜将Si 含量控制过 工艺 高, 以免出现初晶Si 组织。 4032、 4A11 合金 中的Si 含量上限为13. 5%） 防止初晶 Si 组织的残留及产生 （初晶 Si 的纤维硬度很高, 它不仅增加切削加工刀具的磨损, 影响 主要思路 材料组织的均匀性, 还降低受力件的使用 寿命, 因而是一种组织缺陷） 合金的化学成分控制 （保证质量，节约的原则） 共晶 Si 相的变质处理 （使得该 Al-Si 变形合金有使用价值）
例如加入的 Sb，可以提高 4 系列铝合金的成形性能。从而使它 成为高强耐热 4 系列铝合金具有良好的可焊性和机加工性能。 用作内 燃机零件，为了提高合金的成形性能及维持 Si 的球状化效果，合金 中增加了微量的 Sb。材料经铸造及挤压后，再锻造成汽车内燃机连 杆。 具体操作： 。合金铸造采用高频感应炉，将 100kg 的铝合金熔化后， 浇入直径为 17.78cm 的多孔性石墨金属模中， 同时喷射氮氧混合气体 （喷射速度为 600ml/min）和水进行压铸。热挤压在 3200t 水平挤压 机上进行， 为提高挤压工艺性能， 材料先进行 T6 热处理， 然后在 448K 进行 10h 人工时效。用挤压法制成 d320mm*1000mm 的棒材，然后根据 工序需要将棒料切成 d320mm*1000mm 的毛坯，便制造汽车连杆。 合金成分：
～ 0.10 0.50～1.3
0.25
0.15
如表所示两种合金的硅含量高，所以首先的问题是如何将其合金 化。我就不写传统工艺了，近年来出现了一种利用速溶 Si 直接合金 化的新工艺, 就是在破碎的结晶 Si 块表面有与铝熔体反应能发热的 熔剂, 以加速结晶 Si 块溶解, 且熔体温度可适当降低。 其次就是防止初晶 Si 组织的残留和产生。共晶型 Al～Si 系合金 的熔铸生产, 由于不对初晶 Si 进行变质处理, 在工艺措施不到位的 条件下铸锭中难免出现尺寸超标的初晶 Si 组织。初晶 Si 的纤维硬 度很高, 它不仅增加切削加工刀具的磨损, 影响材料组织的均匀性, 还降低受力件的使用寿命 , 因而是一种组织缺陷 , 需要严格限制 , 初晶 Si 的晶粒大小一般要求不超过 0. 08 mm。为了防止初晶 Si 组 织的残留及产生, 应采取下面的措施： Al～Si 二元素共晶点的含 Si 量为 12.6% ,在不平衡冷却条件下, 发 生共晶点右移, 其他合金组元对共晶点的位置也会有某种程度的影 响。共晶型 4032、4A11 合金中的 Si 含量上限为 13.5% , 可能是理 想条件下不平衡冷却时的共晶点。 工业生产条件下, 合金成分不可能 是绝对均匀的, 而且有浓度起伏存在, 因此在实际生产中不宜将 Si 含量控制过高, 以免出现初晶 Si 组织。工业生产的实践证明 , 将 4032 合金中的 Si 含量控制在 11.2% ～12.5% , 4A11 合金中的 Si 含量控制在 11. 7%～12. 6% 是合适的。 然后就要控制合金的化学成分。共晶型 4032、4A11 合金中, 除含有
较高的 Si 以外, 还含有适量的 Cu、Mg、Ni 等元素, 合金中 Fe 含 量的允许值也较高。在化学成分控制方面应注重以下几点: (1) Cu、Ni 含量控制在中下限。我国 Cu、Ni 资源匮乏, 价格昂贵, 在保证其值符合标准的前提下, 应按中下限控制。 (2)Mg 含量控制在标准的中上限。Mg 是易氧化烧损的元素, 4032 和 4A11 合金的熔铸生产都是在较高温度下进行的, 而且铸造作业时间 长, 因此, 应将 Mg 含量控制在标准的中上限, 并加强熔体保护。 (3)Si 含量控制在标准的中下限。 为了防止铸锭中出现初晶 Si 组织, 同时改善铸锭的加工性能, 应将 Si 含量控制在标准的中下限。含量很高, 当 Fe 含量较高 时易出现含 Al、Fe、Si 的粗大针状的������相, 该������相不仅增加铸锭的裂 纹倾向, 还易产生锻造裂纹。 生产实践证明, 将 Fe 含量控制在 0.5% 以下是合适的。 再次共晶 Si 相的变质处理。共晶型 Al-Si 系变形铝合金, 若在浇注 前不进行共晶 Si 相的变质处理, 其铸锭没有工业实用价值。
合金 Si 牌号 4032 11.0～13.5
4032 和 4A11 铝合金棒锻件各合金化元素质量分数 Fe Cu Mn Mg Cr Ni 1.0 0.50 ～ 0.8 ～ 0.10 0.50～1.3
Zn 0.25
% Ti
4A11
11.0～13.5
1.0
1.3 0.50 1.3
1.3 ～ 0.2 0.8 1.3
合金 牌号 4xxx Sb
0.02
Si
11.9
Cu 3.0
Fe 0.181
Mg 0.358
Mn 0.371
Cr 0.106
Zn 0.04
Ni 0.347
Al Bal.
Ti 0.01
本质：在铝硅合金中增添了 0.02%Sb， ，可以较长时间保持合金中 Si 的球状化效果，进而增加高温下材料的延伸率，以提高其成形性能。 在挤压组织中发现基体上沿挤压方向存在灰色长短不一的硅粒。 其次 该合金锻造后α相基体中除了共晶组成（11%～12.6%Si）外，还存在 多角形初晶 Si 和 Al4Cu9 相。正是这些相的存在，提高了合金的高温 强度。在凝固过程中，由于 Mg 的部分偏析，认为能析出 Mg2Si，有助 于提高材料的耐热性能， 并判断 Al4Cu9 相起维持高温强度的重要作用。 用该材料制造的汽车连杆的平均硬度为 Hv133，大体上能够满足实际