對汽車輪轂用A356鋁合金性能及再生鋁使用的思考

□文/ 熊 儀 再生鋁技術(shù)升級研修班授課專家

在我國再生金屬產(chǎn)業(yè)的浩蕩隊伍中，一些老專家的身影格外引人注目，這些曾經(jīng)在有色金屬戰(zhàn)線上奮斗了多年的專家大多已年逾七十，但是他們又精神矍鑠地奔波在全國各地的企業(yè)里和各種論壇、培訓的講壇上，他們用自己多年積累的經(jīng)驗，用豐厚的理論知識和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，影響和推動著再生金屬產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步和管理水平的不斷提升。盡管年事已高，但是他們的思考和涉獵的廣度與深度是很多青年一代所不能企及的。這些老專家們的努力播種和辛勤耕耘，構(gòu)建了中國再生金屬產(chǎn)業(yè)科技開發(fā)領域一道亮麗的風景線。許多人說，這些老專家是企業(yè)的軍師，是一些企業(yè)之所以能夠生存發(fā)展并成為社會生活中鮮活細胞的基因。鋁行業(yè)老專家熊儀先生就是其中的一位。

2010年4月在江西舉辦的第七屆研修班上，曾經(jīng)有一個熱門的話題叫做再生鋁能不能用來制造汽車輪轂？這個想法當時就被很多專家斷然否定了。但是，為什么不行，總得有一些理論的依據(jù)和物理性能的對比和研判。有了這些理論的研究和數(shù)據(jù)的分析才能讓大家真正認識到再生鋁生產(chǎn)原料選擇的重要性。在幾屆研修班上，一些專家多次呼吁：企業(yè)一定要注意原料的分選，因為再生鋁盡管可以多次再生利用，但是，質(zhì)量高的廢料一旦被重熔制作成低檔次合金以后就永遠也無法再進入高檔次合金了，鋁合金的再生是有遺傳性的。任何鋁合金都有自己的譜系，再生鋁企業(yè)對再生鋁的“血統(tǒng)”負有重要使命，千萬“手下留情”，不能只顧眼前的蠅頭小利而混淆了鋁合金的檔次分別。

質(zhì)量問題和產(chǎn)品開發(fā)一直是這些老專家苦苦思索的一個命題。時隔整整一年，2011年4月在廣州舉辦的中國再生鋁產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇暨第八屆再生鋁技術(shù)升級研修班的課堂上，熊儀先生帶著對A356合金的質(zhì)量問題和可行性問題的思考向大家講述了他的見解。對于技術(shù)問題，我們應本著百家爭鳴的探討精神，讓大家共同商榷。 —編者

近期筆者先后接到鋁合金錠生產(chǎn)廠有關A356合金再生鋁生產(chǎn)的諸多咨詢，因為《資源再生》雜志曾先后刊登了有關汽車輪轂用A356合金的數(shù)篇文章，所以詢問用再生鋁生產(chǎn)A356合金的可能性？

早在三十年前，國內(nèi)引進摩托車及汽車制造的初期，當時走在前面的秦皇島戴卡、廣東南海的中南廠先后開始了A356合金汽車輪轂的試生產(chǎn)，緊接著南京浦口鋁輪轂廠及河北立中廠、山東大地公司等都陸續(xù)上馬，且大都引進國外成套先進設備，在此期間，國內(nèi)的摩托車輪轂生產(chǎn)也同時上馬，一時間全國上下形成了A356合金生產(chǎn)的繁榮場面。與純鋁一樣，各大鋁廠面臨這種形勢紛紛將A356合金錠的生產(chǎn)作為深加工項目進行規(guī)范生產(chǎn)，并在網(wǎng)上如純鋁一樣進行網(wǎng)絡銷售，大大促進了全國汽車及摩托車輪轂的規(guī)模化生產(chǎn)，直至前幾年，我國每年向歐美出口的輪轂就超過百萬只，形成了全國專業(yè)配件生產(chǎn)的支柱產(chǎn)業(yè)。

一、A356合金的來由

A356合金是美國鑄造鋁合金牌號，僅適用于重力鑄造生產(chǎn)，在美國MIL軍標及ASTM標準中都列有，而且是美國少數(shù)幾個列為優(yōu)質(zhì)鑄件選材的重點材料之一，它的具體材料化學成分如表1。

表1 A356合金的化學成分表

上述化學成分中，MIL-21180(美國高強度鋁合金軍標)及ASTMB686(美國材料協(xié)會高強度鋁合金標準)中的A356化學成分為驗收鑄件的化學成分，也是工廠生產(chǎn)A356合金對鑄件的控制成分，而ASTMB179中的A356.2則是生產(chǎn)A356輪轂用的合金鑄錠成分，也是生產(chǎn)A356合金鑄件廠向合金鑄錠生產(chǎn)廠訂貨要求的化學成分，同時是鑄件生產(chǎn)廠對鑄錠復驗的技術(shù)規(guī)范依據(jù)。在A356合金所屬的ASTMB686高強度鋁合金鑄件規(guī)范指出，其鑄件適用于航空飛行器構(gòu)件及導彈等高強度、高韌性和高致密性要求。之所以歐美許多國家都在降它用于汽車受力輪轂上（須知這是汽車行駛安全的關鍵），一則經(jīng)過多年軍品的嚴格考核，二則用鋁合金代替原沖壓的鋼制輪轂，鋁合金輪轂生產(chǎn)在技術(shù)上是先進的，為汽車的輕量化作了鋪墊工作。

二、A356合金的工藝特點

Si是鋁合金能否具有高工藝性能(鑄造成型性好、收縮及熱裂傾向小)的關鍵元素，也是增加鑄件致密性的重要元素，但與此同時，Si的加入降低了氫在鋁液中的溶解度，所以Al-Si系最大弊端是在具有高工藝性能的同時，合金將會產(chǎn)生針孔等孔洞類缺陷。此外，A356合金中的Mg是熱處理強化的主要元素，但由于Mg的加入增大了合金的吸氫能力。研究表明，在658℃，氫在鎂中溶解度達到60.1立方厘米/100克鎂，比氫在鋁中的溶解度高近90倍，且形成的表面MgO膜疏松，使吸氫量進一步增加，所以加鎂工序應特別注意：一是要用鐘罩壓入，合金液面不冒鎂光，二是要注意隨熔煉時間的延長，Mg將燒損，所以Mg的加料次序、加料溫度及時間均需跟蹤，以確保材質(zhì)性能。

對于亞共晶的A356合金是否需要變質(zhì)，關鍵是看有無必要。變質(zhì)雖有一定好處，但增加了工序，增加燒損及熔煉周期。一般只要工藝控制得當，性能就會合格，變質(zhì)對于亞共晶的A356合金不見得十分必要，但對于相對濕度超過80%的潮濕天氣條件下，加適量的TiB進行細化處理對合金消除針孔有一定好處。

Mg是A356合金中的關鍵強化元素，它在合金中通過形成Mg2Si實現(xiàn)熱處理固溶強化，再通過人工時效實現(xiàn)時效硬化。一般A356合金的使用狀態(tài)為T5和T6(T5為固溶處理+不完全人工時效，T6為固溶處理+完全人工時效)。T5可以實現(xiàn)合金的強度和塑性兼顧，T6可以實現(xiàn)合金強度最大化而延伸率減小，關鍵看用戶和設計者鑄件應用狀態(tài)。

有關鑄造鋁合金的固溶處理和人工時效具體規(guī)范在筆者主編的航空工業(yè)標準HB5446都有明確規(guī)定，在這一標準實施的基礎上，筆者后來又主編了國防工業(yè)通用的國軍標GJB1695”鑄造鋁合金熱處理規(guī)范”，它們與美國目前通用的ASTMB597處理規(guī)范基本一致。

從ASTMB179的A356.2的規(guī)范可以看到，其對材質(zhì)要求是嚴格的，屬于高純度要求，要實現(xiàn)合金錠要求Fe＜0.12%，一般要采用純度＞99.9%的高純鋁配制，而非一般應用的99.7%純度的鋁，以保證A356合金的雜質(zhì)含量不超標，因為超標的雜質(zhì)直接影響合金的材質(zhì)及耐腐蝕性能。筆者早年在航空部航空材料研究所工作期間對有關雜質(zhì)對性能的影響作過較系統(tǒng)的研究，其中對Fe及低溶點雜質(zhì)對性能的線性影響印象頗深。

三、幾點值得討論的問題

1.A356合金能否采用再生鋁生產(chǎn)？

再生鋁的生產(chǎn)不能簡單的一概而論。筆者曾經(jīng)在工廠條件下對熱處理工序前產(chǎn)生的A356鑄件廢品回爐料曾用到60%，也就是說大部分可以回用，但遵循的原則是：Fe＜0.15%，但不存在低熔點雜質(zhì)，且有分析報告作依據(jù)。對于外來的廢舊輪轂要作具體分析：是否經(jīng)過鍍層處理、噴漆處理及其他表面處理？既要經(jīng)過認真仔細的成分分析，特別是雜質(zhì)分析，也要視其輪轂表面質(zhì)量狀況，嵌件狀態(tài)等具體情況來綜合考慮。我們曾試圖從本廠生產(chǎn)的經(jīng)加工后的A356合金的機加工切屑回收利用，也未曾收到良好效果，最后仍然處理給壓鑄廠作回爐料。直至目前尚未看到有關A356輪轂采用再生鋁生產(chǎn)的文獻報道，但不等于以后不會改變，我們期望在鋁合金錠熔煉凈化和其他工藝方面有重大突破，解決這一難題。

2.A356合金應用渠道的拓展與延伸。

由于A356合金的優(yōu)良工藝性能、高的力學性能及耐腐蝕性能，在國外己獲得廣泛應用，歐美及日本等先進工業(yè)國家都大量應用。近幾年筆者先后在江蘇揚州、湖南長沙以及河南鄭州等地拓展A356合金的應用，主要是取代原設計用球墨鑄鐵的一些受力構(gòu)件，既有A356合金，又提高了一級采用了A357(國內(nèi)ZL114A)，它的力學性能更高，大都使用在電氣線路建設中的受力件，充分顯示了這類合金的高強、耐腐蝕及工藝性良好的特性，這些構(gòu)件都已在這些單位成功批生產(chǎn)，并出口到歐美及日本等地，在某些方面將這類合金鑄件水平得到提升。

3.A356合金是亞共晶鑄造鋁合金，僅適用于重力鑄造。

國內(nèi)外大都對汽車輪轂采用低壓鑄造成型，而摩托車輪轂形狀較為簡單，有的則采用金屬型澆鑄。無論是低壓鑄造還是金屬型鑄造，其鑄件均可以通過熱處理固溶強化。而現(xiàn)在作為汽車中用量最大的壓鑄鋁合金由于是高壓快速成型，鑄件充填過程中的氣體和夾雜難以及時排出，故除了真空壓鑄之外，現(xiàn)在一般的壓鑄件均無法進行熱處理。因此，材質(zhì)力學性能提高和壓鑄材料的選擇都受到一定限制，也正因為如此，再生鋁合金才在壓鑄鋁合金中獨稱老大。以上僅僅是筆者個人的一些見解，還希望聽到更多專家在實踐中的更多發(fā)現(xiàn)。