鐵坩堝對熔煉ADC12增鐵性能的影響

李 瑤（北方重工集團有限公司工程成套分公司，遼寧 沈陽 110141）

鐵坩堝對熔煉ADC12增鐵性能的影響

李 瑤
（北方重工集團有限公司工程成套分公司，遼寧 沈陽 110141）

摘 要：試驗采用鐵坩堝熔煉鋁合金ADC12，經不同時間保溫后，澆鑄成相同的試樣，然后對試樣進行金相組織分析、拉伸實驗及斷口掃描，發現在3.5小時的熔煉時間內，鐵元素的增加不超過1.2%，對鋁合金的性能影響不大。

關鍵詞：ADC12；增鐵；組織；機械性能

一、試驗材料及試驗方法

1 實驗用料及器材。ADC12鋁合金料、箱式高溫熔煉爐、鐵坩堝、預熱箱式電阻爐金屬模具、鐘罩、扒渣鏟、高溫手套以及其他一些輔助器械。

2 ADC12的切割。試驗用鋁料的切割采用無齒鋸切割，切割后大小約為100克。切割后的小塊鋁料要進行分組，每組的重量約為500克，并進行標號存放，以便實驗時需要。

3 鋁合金的熔煉與澆鑄。在開始熔煉鋁料之前要先做好準備工作：清理好模具與坩堝，預熱熔煉爐及預熱用爐，準備好熔煉要用的輔助工具。

熔煉爐升溫，將溫度定在750℃，坩堝放在熔煉爐中一起升溫，預熱爐溫度定在300℃。模具和鋁料都要進行預熱，金屬模具在預熱前要清理干凈且要用涂料涂在澆道和型腔內壁，待涂料晾干后把模具放入預熱爐中預熱。

等熔煉爐溫度升到750℃時，將鋁料放入熔煉爐中的坩堝中，并迅速放入爐內，在取出和放入坩堝時應注意安全。將稱量好的六氯乙烷用紙包好放在熔煉爐門上方預熱。

等放入鋁料25分鐘后，將坩堝取出放于通風處加入六氯乙烷除氫。預熱好的六氯乙烷連同紙包一起放入鐘罩內，將鐘罩迅速伸入鋁液中，并不停攪動使除氫劑在鋁液中充分反應，等鋁液中不再有煙霧冒出時除氫基本進行完畢，將坩堝迅速放入爐內，關閉爐門保溫5分鐘。

保溫之后將坩堝取出，扒渣澆鑄。在澆鑄前要事先將模具取出，放在保溫磚上。扒渣和取模具最好同時進行。

澆鑄后坩堝要裝料后迅速放入熔煉爐以便節約能源。

金屬模具散熱較快，等溫度下降后打開模具取出鑄件。再次刷涂料時要等模具徹底冷卻后進行。

我們按照保溫時間的不同澆鑄出四個試樣，除氫工序都在澆鑄前五分鐘進行。

四組實驗保溫時間如下：

序號 1 2 3 4

保溫時間，h 0.5 1.5 2.5 3.5

由于金屬模具冷卻需要一定的時間，且不能用水直接冷卻，刷涂料會消耗很長時間，為了節省時間如果試樣能容易的取出，我們可以考慮不刷涂料。

二、試樣的制備

1 試樣的切割。在每一組試樣中選取一根試樣，取試樣的中間部位截取1.5厘米長的試樣別分別標記0.5、1.5、2.5、3.5。標記后的試樣在砂輪上磨出倒角。

2 試樣的磨制及拋光。試樣分別用100目、400目、600目、800目、1000目和1200目的砂紙先后進行打磨。在用1200目砂紙打磨無明顯劃痕時在拋光臺上拋光。拋光時拋光布的轉向與試樣進行打磨時的劃痕方向垂直時更容易將細小劃痕快速打磨掉。

三、金相組織的拍攝 與分析

在金相顯微鏡上分別拍攝50倍、100倍、200倍和500倍照片，拍攝照片時要調整好光線，使照片清晰且明暗適中，將照片進行編號保存。保溫0.5小時的試樣比保溫2.5小時試樣針狀相增多，而針狀相的破壞性更大，針狀β相可使鋁型材表面粗糙，機械性能、抗腐蝕性能變差，氧化后的型材表面發青、光澤下降，著色后得不到純正色調。

四、拉伸試樣的加工與實驗

拉伸是很精確的試驗，試樣的微小缺陷都能影響最后的拉伸數據，因此選取試樣時要盡量選無明顯瑕疵且加工部位光滑無尖銳倒角的試樣且要嚴格按照標準進行機械加工。拉伸試樣按照GB/T16865一1997選取試樣，拉伸實驗在萬能實驗機上進行，拉伸速率為0.5mm/min。每個試樣選取3個拉伸試樣，然后取三個測定值的平均值。根據多組數據求平均值的方法求出所需數據，由數據大致可以認為：延伸率隨保溫時間的增加而增加，斷面收縮率基本不變，σb隨載荷的變化趨勢而變化。隨著保溫時間的延長，鋁合金的延伸率增加，也就是說保溫時間的增加提高了鋁合金的延伸率。保溫時間的延長提高了鐵的含量，鐵含量增加確提高了鋁合金的機械性能這與鐵在鋁合金中是有害元素不相符，但是我們要看到，在鋁合金中鐵的含量允許在1.2%以內，而我們試樣的鐵含量沒有超出這個數值，因此鐵元素不能明顯影響鋁合金的性能。 鋁合金的σb增加到2.5小時時達到峰值，然后降低?；疽部膳懦F元素的影響。

五、斷口掃描與分析

材料的端口記錄著斷裂時試樣內部發生的一些變化，為了更好的了解試樣的拉伸性能，我們對試樣的拉伸斷口做了電鏡分析。

保溫0.5小時的試樣的拉伸斷口形貌，斷口分布著不規則形狀的黑色區域，即韌窩。斷口表面覆蓋著大量白色撕裂峰和韌窩，韌窩地步可能有少量的塊狀夾雜物。較大韌窩的出現可能是在其底部存在塊狀夾雜物。

保溫1.5小時試樣的拉伸斷口行貌，斷口不均勻，有較大的差距，這有可能是斷裂處存在較大的鑄造缺陷。

保溫2.5小時試樣的拉伸斷口形貌，斷口一部分為大小均勻的韌窩，另一部分則是大面積的撕裂白色鋁基體，這與該試樣良好的韌性是相對應的。

六、取樣及成分分析

澆鑄出的試樣是圓柱型，將其固定在鉆床上，用鉆頭鉆孔，講細小的碎屑收集起來，編號后存在試樣袋中備用。

實驗采用光譜分析的方法來分析鋁合金中的成分。

實驗采用的儀器是DAIRD光譜分析機，型號為Xtec Trovac 1000。

成分分析結果如下：

序號 0.5 1.5 2.5

含鐵量，% 0.13 0.26 0.32

根據分析結果可以看出，鐵含量隨著保溫時間的增加而不斷增加，但是增加速度卻在下降。由于鐵在鋁合金中危害性，一般要控制鐵含量在1.2%以下，當鐵含量超過1.5%時只能作為鋼鐵工業脫氧劑。

結語

本文通過使用鐵坩堝對ADC12進行熔煉，然后對澆鑄試樣進行微觀組織分析、拉伸試驗、拉伸端口掃描以及成分分析得出如下結論：適量的延長熔煉保溫時間能提高鋁合金的機械性能。隨著保溫時間的延長，鋁合金中溶入的鐵元素增加，但是增加速度會隨著保溫時間的延長而逐漸減緩。根據金相組織分析，鐵元素在鋁合金中能形成針狀相，降低合金的機械性能。保溫時間在3.5小時內，鐵元素的增加量不超過1.2%，鐵元素對鋁合金的影響不大。

參考文獻

[1]田榮璋，等.稀土金屬對鋁硅ZL104合金組織和性質影響的研究[J].1982.

中圖分類號：TG249

文獻標識碼：A