Sb變質(zhì)對(duì)A356鋁合金組織及性能的影響

長城汽車股份有限公司順平分公司 （河北保定 072250） 劉金永 李 磊

鑄造鋁合金具有優(yōu)良的鑄造性能，較高的強(qiáng)度、韌性，以及良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性能。在所有鋁合金鑄件中，Al-Si合金鑄件占80%以上。由于Al-Si合金含Si量較高，在鑄態(tài)下初生 α( Al)枝晶較粗大，且分布不均勻，共晶硅以針片狀存在針狀及粗片狀的硅形態(tài)，嚴(yán)重制約鋁合金性能發(fā)揮。變質(zhì)作為一種改變硅形態(tài)的方法在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，通過變質(zhì)可使Al-Si合金性能大幅度提高。

銻不僅有良好的變質(zhì)長效性和重熔穩(wěn)定性，不會(huì)對(duì)設(shè)備和環(huán)境造成污染，還能有效地細(xì)化晶粒，

較好地抑制鋁合金吸氣，減小產(chǎn)生針孔的傾向，可顯著提高鋁合金的力學(xué)性能。本文采用銻作為變質(zhì)劑，同時(shí)驗(yàn)證了不同的添加量及熱處理工藝對(duì)A356鋁合金組織和性能的影響。

1.試驗(yàn)方法

（1）試樣制備 試驗(yàn)用A356鋁合金的化學(xué)成分：wSi＝7.12 % 、wMg＝ 0.35% 、wTi＝ 0.17% 、wFe＝0.12%，余量 Al。銻添加形式為AlSb5，在2.5t反射式熔化爐內(nèi)熔煉鋁合金錠，銻含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別為0.1%、0.15%、0.2%、0.25%。熔化溫度為750℃，當(dāng)鋁錠完全變成鋁液后加入變質(zhì)劑AlSb5，變質(zhì)時(shí)間30min。用GBF除氣機(jī)除氣，氮?dú)饬髁?2～25L/min（0.4～0.8m3/h），石墨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速380～450r/min測量鋁液密度（≥2.65g/cm3），倒入低壓保溫爐中，澆注轉(zhuǎn)向節(jié)。各取兩件轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行本體取樣，其中一組直接拉伸，另外一組經(jīng)T6 熱處理: 固溶溫度（540±5）℃，固溶時(shí)間（8±0.5）h，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間≤25s，淬火水溫（70±5）℃（環(huán)境溫度≥20℃）、（75±5）℃（環(huán)境溫度＜20℃），淬火時(shí)間（5±0.5）min，水切時(shí)間（10±0.5）min，時(shí)效溫度（175±5）℃，時(shí)效時(shí)間（5±0.5）h，風(fēng)冷時(shí)間（28±0.5）min，然后拉伸試驗(yàn)。試樣拉斷后在端部取金相試樣磨制，觀察組織。

（2）組織觀察及力學(xué)性能測試 采用 WAW—500DL型萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，加載速度為2mm/min；采用日本奧林普斯金相顯微鏡進(jìn)行組織觀察與分析。

2.試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）鑄態(tài)試樣的顯微組織 圖1所示為不同Sb添加量鑄件的顯微組織。由圖1可知，添加wSb＝0.1%變質(zhì)時(shí)，組織中初生α( Al) 多呈樹枝狀，共晶硅以針片狀為主，且分布很不均勻，在晶界處偏聚。添加wSb＝0.15%后，初生α( Al) 樹枝狀得到改善，轉(zhuǎn)變?yōu)閴K狀、粒狀及等軸狀，分布也較均勻，針片狀共晶硅相也由原來在晶界處偏聚變得分散。當(dāng)wSb＝0.2%變質(zhì)時(shí)，鑄件晶粒化較為明顯，均勻化程度也較好，共晶硅也呈分散分布。而當(dāng)添加wSb＝0.25%變質(zhì)時(shí)，雖然試樣α( Al) 等軸化明顯，但共晶硅又在晶界處有偏聚。

（2）固溶、時(shí)效后試樣的顯微組織 圖2所示為固溶、時(shí)效后合金的組織。由圖2可知，經(jīng) T6 熱處理后α( Al) 晶粒除未變質(zhì)合金外變化不大，而共晶硅形貌變化顯著，幾乎全部變?yōu)辄c(diǎn)球狀，且彌散分布，少數(shù)短桿狀。尤其對(duì)于添加wSb＝0.2%的鑄件共晶硅均勻彌散分布最好，wSb為0.1%、0.15%、0.25%的鑄件共晶硅雖然也是點(diǎn)球狀，少數(shù)短桿狀，但是在晶界處又有偏聚現(xiàn)象。隨著Sb含量的增加，在硅的固／液界面將富集更多的Sb原子，這不僅增強(qiáng)了對(duì)共晶硅生長的阻礙作用，而且Sb含量的增加也使AlSb質(zhì)點(diǎn)增多，增加共晶硅的異質(zhì)形核核心，因而增強(qiáng)對(duì)共晶硅的細(xì)化能力。但當(dāng)Sb含量過多時(shí)，高熔點(diǎn)的AlSb質(zhì)點(diǎn)增加過多，其會(huì)以粒狀的形式提前析出，并快速長大，從而起不到異質(zhì)核心的作用。由于AlSb質(zhì)點(diǎn)的快速生長，消耗了過多的Sb原子，使其對(duì)共晶硅生長的阻礙作用減弱，造成共晶硅加速長大。

（3）Sb變質(zhì)針孔度的變化 圖3所示為相同生產(chǎn)條件下生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向節(jié)Sr變質(zhì)、Sb變質(zhì)針孔度的照片，從中可以看出，Sb變質(zhì)可以有效地防止針孔的產(chǎn)生，鑄件針孔度可以達(dá)到二級(jí)。主要是因?yàn)锳l-Sb合金為金屬狀，不吸附結(jié)晶水，Sb降低氫氣在鋁液中的溶解度，能有效地抑制鋁液的吸氣。

（4）不同Sb含量的合金的力學(xué)性能 對(duì)不同Sb含量的轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行本體取樣，測試其力學(xué)性能。從圖4可以看出，經(jīng)T6工藝處理的產(chǎn)品，隨Sb含量的升高，產(chǎn)品的力學(xué)性能有所增加，但當(dāng)wSb＝0.2%時(shí)，達(dá)到峰值，隨后下降。

材料的力學(xué)性能隨著晶粒的細(xì)化和組織均勻化程度的提高而提高，在wSb達(dá)到0.2%時(shí)組織最好，材料的抗拉強(qiáng)度最高。

3.結(jié)語

（1）鋁硅合金加入Sb后，可得到典型的變質(zhì)組織，明顯地提高了合金的力學(xué)性能。在wSb＝0.2%時(shí)，變質(zhì)效果最好，力學(xué)性能最高。

（2）采用Sb變質(zhì)，可有效預(yù)防針孔的產(chǎn)生。

（3）我公司Sb變質(zhì)應(yīng)用在年產(chǎn)64萬只轉(zhuǎn)向節(jié)的低壓鑄造，可以批量應(yīng)用于生產(chǎn)。