A356合金的延伸和發展

文 / 熊 儀

A356合金是美國ASTMB686高強度鋁合金鑄件標準中的幾個牌號之一，它不僅強度高，而且鑄造工藝性能優良；產生鑄造冶金的缺陷不敏感，機械加工和焊接工藝性能也較為優異，尤為難得的是，在潮濕大氣下的耐腐蝕性能也較強，是室外工作條件下的重要選材。以往由于鋁材稀貴，僅在航空航天器被采用，并在軍工產品的應用中經過嚴格的質量考核，積累了大量的使用經驗，為今后擴大應用提供了借鑒。

隨著工業的發展，鋁材的擴大使用在民品制造業中顯示了巨大的生命力。汽車產業是民用支柱產業，汽車結構的輕量化是汽車設計的重要追求目標，它既可以減少汽車本體的重量，又為提高速度、減少能源消耗、改善環境提供了可能性。因此，自上世紀七十年代后，歐美工業發達國家在汽車上應用鋁合金的數量急劇增加，其中A356合金在重力鑄造工藝中的應用更為普遍。故A356合金各國均有自己的牌號，如表1所示。

A356鑄造鋁合金，由于其綜合性能較好，在航空器材等軍用產品上應用得十分成功可靠，所以在歐美諸國，首先將其應用于汽車對綜合性能要求高的輪轂上，采用低壓鑄造成型工藝，多年的實用結果是成功的、可靠的，為此，在乘用車上完全取代了原用的鋼制沖壓輪轂，這也是汽車輪轂史上一個劃時代的革命。我國制造的乘用車從一開始就采用了這種材料和工藝，獲得巨大成功，目前每年可生產上百萬臺成品輪轂出口到歐美市場。

A356合金，如表2所示，從其化學成分可以清楚地看出，它是一種高純高強度合金，它對有害雜質Fe控制嚴格，熱處理也十分規范，這是一般高強鋁合金必須遵循的，否則高強度性能難以實現。

從表2所列成分的比較可以看出，A357與A356屬同一系列合金，僅個別元素有差異，這是適應A356合金轉型升級的需要，從表3可以看出其性能的變化。

一、A356與A357性能比較及相關措施

從表2、表3比較可以看出，由于A357合金主要強化元素鎂由A356合金的0.25%～0.45%提高至0.45%～0.7%，其加強固溶熱處理Mg2Si的強化效果，從而使A357合金的抗拉強度和硬度也有所提高，是其性能提高的更新材料，從其設計選材和構件的使用部位也可顯示這一特點。也正是由于這一設計理念上的更新，其合金材料組成上鎂含量的提高增加了合金熔煉的難度。鎂是活潑元素，高溫下極易氧化和燃燒又加劇了合金熔煉過程中的吸氣和造渣，這是鋁合金熔煉中特別忌諱的。也正因為如此，在美標中無論是軍標Mil-21180還是高強度鋁合金ASTM686標準中對A357合金都有添加0.04%～0.70%鈹的要求，目的是防止合金熔煉過程中氧化、燃燒和吸氣，而添加的鈹不僅稀有而且價格高昂，更重要的是，高溫下鈹的加入對人體有害，因此在我國標準GB1173中有注解為：在保證力學性能的情況下，允許不加鈹。

表1 各國A356的牌號表

表2 ASTMB179中A356.2的合金錠規范要求

表3 A356與A357性能比較表

通過實踐，要達到規范的性能要求是可能的，但必須加強熔煉過程中的工藝控制：1.在A357中有效添加鎂途徑有二，其一是配制含鎂10%的Al-Mg中間合金，按此中間合金計算量加入A357中，可以減少加入時的氧化、燒損和吸氣，并有利于合金的均勻化。其二是在A356.2中以鎂含量為基礎，計算添加鎂量至0.70%～0.75%，將其稱量后，用純鋁箔將其包裹好，放入用清理干凈并涂好涂料的鐘罩中，精煉前于(680℃～700℃)溫度下壓入，不冒鎂光。2.在加入鎂后的合金液面均勻撒上一層防氧化的覆蓋劑，以防止不致密的MgO膜氧化合金液以致造渣。3.合金加鎂后的精煉時間至澆鑄完畢時間盡量縮短，一般不會超過4小時。4.加鎂后的最高溫度一般不超過730℃，熔煉表面覆蓋劑要即時補充。5.拉力試棒的澆鑄要規范，首先要精心準備拉力試棒模，涂料要均勻，特別是試棒中￠12mm的細徑部位，要保證它先凝固，試棒模澆鑄前要予熱，溫度不低于200℃。6.此外，為了保證熱處理效果，熱處理控溫正常，加溫曲線平滑，跟蹤性能測試結果，防止連續和成批量的質量事故發生。

二、關于對合金熔液質量的控制

在有關再生鋁合金的研討會上，曾涉及有關“采用再生鋁生產A356合金的可能性”的討論，首先要說明的是A356系列合金僅適用于重力鑄造工藝，而且它必須通過固溶和時效熱處理才能達到理想的力學性能，而偏高的合金雜質，特別是低熔點雜質在鋁合金固溶熱處理時對過燒等缺陷是敏感的。所以截至目前，由再生鋁熔制的合金錠在高壓鑄造工藝用得較多，一是高壓鑄造壓鑄件一般不經熱處理工序。二是由于高壓鑄造工藝的高壓和快速凝固的固有特點，使其一些雜質相不易長大，危害相對較小，這也是國內外對一般壓鑄合金允許其雜質含量較寬松的理由所在。對于再生鋁是否可以生產出A356.2的合金錠，關鍵在于其生產的合金錠能否符合其化學成分，特別是雜質含量不超標的質量要求。如果在合金熔制中加強質量控制，特別在合金熔煉過程中加強凈化處理，使合金的凈化程度，低倍金相組織達到相應質量要求，并在合金澆鑄過程中進行二次凈化，即在澆鑄過程中采取諸如過濾除渣等有效措施，A356.2合金錠的生產也并非無可能，關鍵在于采取相應的針對性措施。