鑄造鋁合金熔煉工藝研究

張穎 喬莎莎 黨寧鴿 王榮華

摘 要：隨著國網的發展，金具行業競爭日趨激烈。為了降低成本，增加市場競爭力，各個公司都從減少材料，增加產品強度、質量上著手。本文對鑄造鋁合金熔煉工藝進行分析研究，預期到達通過變質處理，細化晶粒，使鑄件內部組織細化，從而提高鑄件強度。

關鍵詞：變質處理；變質劑及用量；鋁合金強度

0 引言

隨著國網的發展，金具行業競爭日趨激烈。為了降低成本，增加市場競爭力，各個公司都從減少材料，增加產品強度、質量上著手。

對于鑄鋁產品，從原材料熔煉及變質處理進行分析研究，預期想到達通過變質處理，細化晶粒，使鑄件內部組織細化，從而達到提高鑄件強度的目的。

1 變質處理的含義

在Al-Si合金中，通過加入適量的變質劑，使鋁液金相組織發生改變，形成細小的共晶體。增強合金的機械性能及伸長率。

2 變質處理必要性

Al-Si合金中的共晶Si，特別是粗大的多角形板狀初晶Si，嚴重地割裂了Al基體，在Si相的尖端和棱角處引起應力集中，使機械性能特別是伸長率顯著降低，切削加工性能也不好。因此，當含Si量高于6%～8%，必須進行變質處理。

3 變質劑分類

近年來，國內外都在探求Al-Si合金新的變質劑和變質方法，據報道，下列元素對共晶體（ā+Si）均可起到不同程度的變質作用，如Na（納）、Sr（鍶）、Y（釔）、Bi（鉍）、Sb（銻）、S（硫）等。

4 變質劑的選用

4.1 鈉鹽變質法：鈉鹽變質法的成本低，制備也比較簡單，適合批量小、要求不很高的產品，其缺點是：鈉是化學活潑性元素，在變質處理中氧化、燒損激烈、冒白色煙霧，對人體和環境都有危害，操作也不太安全，特別是易使坩堝腐蝕損壞，它的充分變質有效時間短，一般不超過1h。鈉還使Al-Mg系合金的粘性增加，惡化鑄造性能，當鈉量多時，還會使合金的晶粒催化，所以一般都不用鈉鹽變質劑來進行變質處理，以免出現所謂“鈉脆”現象。

4.2 鋁鍶中間合金變質法：這是國外使用的較多的一種長效變質方法。加入量為爐料總重量的0.04%-0.05%的Sr。其優點是變質效果比鈉鹽好，氧化燒損也比鈉鹽小，有效變質持續時間長，對坩堝的腐蝕性也比鈉鹽小，因而可使坩堝的使用壽命延長。這種變質法操作也比使用鈉鹽安全衛生，不產生對人體和環境有害的氣體，變質效果也比鈉鹽好，一般有80%-90%的良好變質合格率。其缺點是：成本比鈉鹽高，要預先配制成中間合金。

通過對多種變質劑分析，最后確定選用最適合公司生產使用的Sr（鍶）作為變質劑。

5 Sr變質的加入量與熔煉方式

通過不斷的實驗檢測分析，在共晶體和共晶成分的Al-Si合金中加入0.02%～0.06%Sr時，合金能有效地變質，且鍶的變質有效時間為6～7小時。但重熔時，不易用氯鹽進行精煉，且熔煉超過6～7小時后，必須另加Sr進行重新變質。

Sr含量對合金性能的影響：下圖為ZL102合金的實際含Sr量和機械性能的關系，由圖可見，含Sr量0.02%～0.06%時，抗拉強度和塑性達到最大值，隨后性能下降。因為Sr含量超過0.06%后，出現新的脆化相，使合金性能變壞。

鍶變質的熔煉過程：在鋁料經過熔煉、精煉、除氣、扒渣后，鍶以Al-Sr合金加入鋁液中，進行攪拌熔煉。待5～10分鐘后，即可進行爐前檢驗，判斷變質效果。

6 實驗結果

下表為未經Sr變質和經過Sr變質的產品拉力實驗結果；

[產品

名稱

懸垂線夾主體

懸垂線夾主體

懸垂鋁套殼][產品

型號

CGF-10044

CGF-10040TG

TK-05][材料

ZL102

ZL102

ZL102][未加Sr的

抗拉強度

102kN

105kN

101kN

100.8kN

80kN

79.1kN][加入Sr的

抗拉強度

160kN

155kN

148kN

140kN

95kN

98kN]

結果分析：通過實驗，我們證實經過Sr變質的產品，抗拉強度和伸長率都遠遠大于未經Sr變質的產品。所以，Sr變質起到細化晶粒，使鑄件內部組織細化，提高鑄件強度的作用。

參考文獻：

[1]鑄造有色合金及其熔煉[M].河北工學院科技情報研究室，1985.5.

[2]鑄造有色合金手冊[M].機械工業出版社，1978.4.

[3]鑄造手冊[M].機械工業出版社，1993.2.

作者簡介：

張穎，男，出生年，1986年10月3日，籍貫：四川樂山， 職稱：初級工程師，學位：大學本科。