不同變質劑對鋁合金組織及性能的影響

2014-09-04 09:26:28李兆健

中國鑄造裝備與技術 2014年2期

李兆健

（合肥工業大學，安徽合肥 230009）

鋁合金以其良好的力學性能(較高的比強度、比剛度）和優良的鑄造性能 ,在工業中被廣泛應用 ,是汽車、造船、航空、航天及其他制造行業的重要結構材料。如在汽車工業中運用鋁合金取代鐵合金能起到減輕自重 ,提高功率質量比 ,達到節能、高速、高效的目的[1-4]。但是鑄造中經常出現粗大的初晶硅相，嚴重妨礙了鋁硅合金的力學性能。因此，除了在澆鑄過程中控制澆鑄的條件、加精煉劑除渣、除氣外，還可以添加變質劑對鋁硅合金進行細化處理，來達到細化晶粒的目的，從而進一步提高其力學性能[5]。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料

本實驗的材料主要有工業純鋁（99.7%），ZL102（含硅量12%），鋁銅合金（含銅量40%），純鋅，鋁錳合金（含錳量10%）。由于鋁合金在熔煉過程中有產生氣孔的強烈傾向，進而導致縮孔、縮松的缺陷，而且容易產生氫化夾雜。為了去除氣體和防止氫化夾雜，需加入精煉劑對合金進行精煉，本實驗采用六氯乙烷做為精煉劑,表1為未加變質劑前合金的成分。

本實驗通過加入三種不同的變質劑來比較不同的變質劑對鋁合金的細化效果。三種不同的變質劑為 RE（鑭鈰混合稀土），Al-Ti-B，Al-Sc合金（含w(Sc)量2%）。實驗選用的稀土和鋁鈦硼變質劑均來自于徐州華中鋁業有限公司。

表1 合金未變質前的成分

1.2 試驗方法

將預先配好的金屬材料，在坩堝電阻爐中進行熔煉，按照熔點由低到高依次加入金屬及合金，升溫至750℃待所有金屬熔化后充分攪拌，加入六氯乙烷精煉除氣，靜置1～2 min扒渣，保溫5 min，加入Mg并保溫10 min，然后分別加入三種不同的變質劑，靜置、扒渣，在700℃保溫10 min，然后澆注到尺寸?20 mm×80 mm的鋼模中冷卻至室溫。

在各個試樣同一位置截取10 mm×10 mm×20 mm的試樣，在砂輪機上粗磨后，利用金相砂紙從60號磨到800號，再進行機械拋光、腐蝕、吹干。腐蝕液為0.5%的HF水溶液。在光學顯微鏡下觀察顯微組織，并拍取金相照片。

將上述試樣的兩個斷面打磨平行，對試樣的維氏硬度進行測試。每個試樣測試三個點，所用載荷為3.5 kg，壓頭直徑為5 mm，保壓時間為15 s。卸除載荷利用顯微鏡測得的壓痕直徑，計算出試樣的硬度值，并求其平均值。

2 實驗結果及分析

2.1 變質劑對合金力學性能的影響

合金未變質前及經過三種變質劑的變質處理后的維氏硬度（HV）如圖1示。

圖1 變質處理對合金力學性能的影響

由圖1可以看出，分別經過變質處理的合金硬度均比未經變質處理的合金硬度要高，其中，經鋁鈦硼變質的合金硬度最大，但是三種變質處理的合金硬度差別不是很大。

2.2 變質劑對合金組織的影響

（1）未經變質處理的合金微觀組織

圖2為未經變質處理的合金的金相組織，由圖可以看出，鋁硅合金是以共晶組織為基體，而初晶硅則分布在較軟共晶組織之上。共晶組織由共晶Al和共晶Si組成，其中的共晶Si呈細長的針狀，且在一定的區域內，針片狀的共晶硅是互相平行的，它分布在共晶組織之中。如圖，未經變質處理的合金的晶粒比較粗大，初晶硅呈現不規則的多邊形，且邊緣比較鋒利。因而，合金的力學性能與變質處理過的合金有很大的差別。