旋轉噴吹氣對A356鋁合金熔體凈化效果的影響

楊途才 李雪姿 陳真 馮小林 卓伊玲

摘? ?要：對鋁合金凈化是提高鋁合金鑄件質量的重要手段。本文通過向A356鋁合金熔體中通入惰性氣體，研究惰性氣體對A356鋁合金熔體凈化效果的影響。研究結果表明，通入惰性氣體能有效地除去熔體的熔渣，將熔渣排到鋁液表面，有效地凈化鋁液，提高熔體凈化效果，從而提高鑄件的力學性能。

關鍵詞：A356鋁合金? 凈化效果? 力學性能

中圖分類號：TG245? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（a）-0097-02

A356鋁合金輪轂相對于鋼輪轂來說有很多自身的優點：質量輕、散熱快、有金屬光澤、力學性能好等，是汽車行業非常重要的材料。汽車在行駛過程中，承受非常大的沖擊力，因此必須使汽車鋁輪轂具有很好的力學性能，使鋁合金輪轂在各沖擊應力下能承受工作應力，不容易變形，堅固耐用，才能確保汽車行駛過程中的安全性。隨著汽車鋁輪轂市場競爭力的不斷增大，不斷地開發高性能、高品質的鋁合金輪轂，在市場的競爭中才不會被淘汰。A356鋁合金是汽車行業中非常重要材料，經常被利用在制造汽車、摩托車輪轂中。隨著科學技術的發展，汽車行業的熱交換器、發動機、車身和底盤等主要部位所用的材料就是A356。

相比于國外發達國家的先進技術，我國的國產汽車制造技術還趕不上國外的技術。因為技術、工藝等方面的因素，在汽車的輕量化方面也遠遠落后于西方發達國家。再加上汽車在路面行駛過程中承受各個方向的沖擊，既要保證汽車輕量化，又要滿足性能要求就更加困難了。隨著國內技術水平的不斷提高，國內的諸多研究所和各高校也開始了對A356鋁合金的研究，讓國內A356鋁合金的研究有一定的進展。

A356鋁合金憑借鑄造工藝相對簡單，容易操作，具有良好的鑄造性能以及抗氧化性能，成為金屬材料工程研究的熱門。鋁合金在常溫常壓下是良好的導電體，在實際生活應用中，能有效地替代銅合金，成為常用的導電材料。汽車輪轂的質量還要受到加工工藝的制約，成分偏析、不均勻化等因素都會影響到汽車輪轂的質量。目前的市場，汽車的需求量大幅度增加，高性能的汽車輪轂材料的開發受到廣大市場的關注，汽車的鋁化程度會越來越高。國內稀土Er在鑄造A356鋁合金中的應用研究方面與西方先進國家還有一定的距離，因此研究稀土Er在鋁合金的改善作用至關重要。研究稀土Er在鑄造A356鋁合金中的作用，添加適當含量的稀土Er，使鋁合金晶粒得到細化，各成分分布均勻，使合金的強度得到提高，機械加工性能得到改善。研發高性能的A356鋁合金汽車輪轂才能在競爭激烈的汽車行業市場中占據優勢，對我國現代化建設有著十分重大的意義。

本文利用惰性氣體通入鋁合金熔體，對比惰性氣體通入熔體前后鑄件質量，探究A356鋁合金熔體凈化方法。

1? 實驗

本次實驗用到的原材料有：純鋁、鎂塊、鋁硅合金等，根據A356鋁合金的各成分（見表1）比例進行配料熔煉，待除氣除渣后，澆筑成所需的鑄件。A356鋁合金熔煉的具體過程是：將預先稱好量的純鋁放入坩堝熔煉爐內，緩慢加熱到750℃。純鋁完全熔化后，把稱好的Al-Si錠放到熔煉爐中，待Al-Si完全熔后，再把事先用鋁箔包好的Mg加入爐中（Mg用鐘罩罩住，完全浸入鋁液中，不停地旋轉鐘罩，不能讓Mg與空氣接觸，防止Mg在高溫中燃燒）。保溫20 min，向鋁熔體中通入惰性氣體，扒渣，靜置0.5h。澆注前在模具內壁涂有一層高溫耐火材料，均勻、平整地涂于鐵模具、漏勺等需與合金液接觸的工具，并緩慢加熱烘干模具，澆注前將模具預熱至200℃～300℃。隨后澆注到模具中，待凝固后，打開模具，得到鑄件的毛坯樣。澆鑄的速度先慢后快再慢，先慢是為了使金屬液平穩充滿整個金屬模腔底部，防止飛濺;后快為避免金屬液的溫度降低，利于補縮;再慢為防止金屬液因澆注量過大而溢出。圖1為A356鋁合金熔煉爐結構示意圖，通氣管末端為不銹鋼材質，開有幾個小孔，目的是使惰性氣體均勻向鋁液四周散開，更好地達到除渣的目的。

圖2、圖3為A356鋁合金未通入惰性氣體凈化的金相圖，未通入惰性氣體凈化的A356鋁合金的顯微組織，從圖中可以明顯地看出，未進行惰性氣體凈化的A356鋁合金組織里主要由α-Al相和強化相組成，另外還有一些黑色的雜質，如圖中標識所示，造成組織中存在雜質的原因是未經惰性氣體凈化的鋁合金溶體，雜質懸浮在溶體里，沒有浮到鋁液表面，沒辦法進行清除，導致雜質跟鋁液一起澆筑到模具中，夾雜在逐漸內部。

圖4、圖5為A356鋁合金經惰性氣體凈化的金相圖，經惰性氣體凈化后的A356鋁合金的顯微組織與未經過惰性氣體凈化的組織相比較，從圖中可以明顯地看出，經過惰性氣體凈化的A356鋁合金組織里主要由α-Al相和強化相組成，沒有出現圖2、圖3所示的黑色的雜質。在熔體中通入惰性氣體，惰性氣體氣泡在上浮的過程中，由于浮力的作用，把鋁液中的雜質攜帶到鋁液表面，形成殘渣撈出，達到凈化鋁液的效果。

表2為A356鋁合金試樣（未經熱處理）的抗拉強度，分別取未通入惰性氣體凈化和經惰性氣體凈化的A356鋁合金試樣3根，做拉伸試驗，最后取平均值。從表中可以看出，未經惰性氣體凈化的A356鋁合金試樣的平均抗拉強度140.7 MPa，經惰性氣體凈化的A356鋁合金試樣的平均抗拉強度為161.3MPa，經惰性氣體凈化的鋁合金抗拉強度明顯優于未經惰性氣體凈化的鋁合金抗拉強度。

2? 結語

（1）通入惰性氣體能有效地除去熔體的熔渣，將熔渣排到鋁液表面，有效地凈化鋁液，提高熔體凈化效果，從而提高鑄件的力學性能。

（2）經惰性氣體凈化后的A356鋁合金的顯微組織與未經過惰性氣體凈化的組織相比較，從圖中可以明顯地看出，經過惰性氣體凈化的A356鋁合金組織里主要由α-Al相和強化相組成，沒有出現圖2、圖3所示的黑色的雜質。在熔體中通入惰性氣體，惰性氣體氣泡在上浮的過程中，由于浮力的作用，把鋁液中的雜質攜帶到鋁液表面，形成殘渣撈出，達到凈化鋁液的效果。

（3）經惰性氣體凈化的鋁合金抗拉強度明顯優于未經惰性氣體凈化的鋁合金抗拉強度。

參考文獻

[1] 朱利民.汽車鋁輪轂先進制造技術[J].輕金屬，2008（3）：51-56.

[2] 唐劍，王德滿，劉靜安.鋁合金熔煉與鑄造技術[M].北京：冶金工業出版社，2009.