对汽车轮毂用A356铝合金性能及再生铝使用的思考

□文/ 熊 仪 再生铝技术升级研修班授课专家

在我国再生金属产业的浩荡队伍中，一些老专家的身影格外引人注目，这些曾经在有色金属战线上奋斗了多年的专家大多已年逾七十，但是他们又精神矍铄地奔波在全国各地的企业里和各种论坛、培训的讲坛上，他们用自己多年积累的经验，用丰厚的理论知识和严谨的治学态度，影响和推动着再生金属产业的技术进步和管理水平的不断提升。尽管年事已高，但是他们的思考和涉猎的广度与深度是很多青年一代所不能企及的。这些老专家们的努力播种和辛勤耕耘，构建了中国再生金属产业科技开发领域一道亮丽的风景线。许多人说，这些老专家是企业的军师，是一些企业之所以能够生存发展并成为社会生活中鲜活细胞的基因。铝行业老专家熊仪先生就是其中的一位。

2010年4月在江西举办的第七届研修班上，曾经有一个热门的话题叫做再生铝能不能用来制造汽车轮毂？这个想法当时就被很多专家断然否定了。但是，为什么不行，总得有一些理论的依据和物理性能的对比和研判。有了这些理论的研究和数据的分析才能让大家真正认识到再生铝生产原料选择的重要性。在几届研修班上，一些专家多次呼吁：企业一定要注意原料的分选，因为再生铝尽管可以多次再生利用，但是，质量高的废料一旦被重熔制作成低档次合金以后就永远也无法再进入高档次合金了，铝合金的再生是有遗传性的。任何铝合金都有自己的谱系，再生铝企业对再生铝的“血统”负有重要使命，千万“手下留情”，不能只顾眼前的蝇头小利而混淆了铝合金的档次分别。

质量问题和产品开发一直是这些老专家苦苦思索的一个命题。时隔整整一年，2011年4月在广州举办的中国再生铝产业链发展论坛暨第八届再生铝技术升级研修班的课堂上，熊仪先生带着对A356合金的质量问题和可行性问题的思考向大家讲述了他的见解。对于技术问题，我们应本着百家争鸣的探讨精神，让大家共同商榷。 —编者

近期笔者先后接到铝合金锭生产厂有关A356合金再生铝生产的诸多咨询，因为《资源再生》杂志曾先后刊登了有关汽车轮毂用A356合金的数篇文章，所以询问用再生铝生产A356合金的可能性？

早在三十年前，国内引进摩托车及汽车制造的初期，当时走在前面的秦皇岛戴卡、广东南海的中南厂先后开始了A356合金汽车轮毂的试生产，紧接着南京浦口铝轮毂厂及河北立中厂、山东大地公司等都陆续上马，且大都引进国外成套先进设备，在此期间，国内的摩托车轮毂生产也同时上马，一时间全国上下形成了A356合金生产的繁荣场面。与纯铝一样，各大铝厂面临这种形势纷纷将A356合金锭的生产作为深加工项目进行规范生产，并在网上如纯铝一样进行网络销售，大大促进了全国汽车及摩托车轮毂的规模化生产，直至前几年，我国每年向欧美出口的轮毂就超过百万只，形成了全国专业配件生产的支柱产业。

一、A356合金的来由

A356合金是美国铸造铝合金牌号，仅适用于重力铸造生产，在美国MIL军标及ASTM标准中都列有，而且是美国少数几个列为优质铸件选材的重点材料之一，它的具体材料化学成分如表1。

表1 A356合金的化学成分表

上述化学成分中，MIL-21180(美国高强度铝合金军标)及ASTMB686(美国材料协会高强度铝合金标准)中的A356化学成分为验收铸件的化学成分，也是工厂生产A356合金对铸件的控制成分，而ASTMB179中的A356.2则是生产A356轮毂用的合金铸锭成分，也是生产A356合金铸件厂向合金铸锭生产厂订货要求的化学成分，同时是铸件生产厂对铸锭复验的技术规范依据。在A356合金所属的ASTMB686高强度铝合金铸件规范指出，其铸件适用于航空飞行器构件及导弹等高强度、高韧性和高致密性要求。之所以欧美许多国家都在降它用于汽车受力轮毂上（须知这是汽车行驶安全的关键），一则经过多年军品的严格考核，二则用铝合金代替原冲压的钢制轮毂，铝合金轮毂生产在技术上是先进的，为汽车的轻量化作了铺垫工作。

二、A356合金的工艺特点

Si是铝合金能否具有高工艺性能(铸造成型性好、收缩及热裂倾向小)的关键元素，也是增加铸件致密性的重要元素，但与此同时，Si的加入降低了氢在铝液中的溶解度，所以Al-Si系最大弊端是在具有高工艺性能的同时，合金将会产生针孔等孔洞类缺陷。此外，A356合金中的Mg是热处理强化的主要元素，但由于Mg的加入增大了合金的吸氢能力。研究表明，在658℃，氢在镁中溶解度达到60.1立方厘米/100克镁，比氢在铝中的溶解度高近90倍，且形成的表面MgO膜疏松，使吸氢量进一步增加，所以加镁工序应特别注意：一是要用钟罩压入，合金液面不冒镁光，二是要注意随熔炼时间的延长，Mg将烧损，所以Mg的加料次序、加料温度及时间均需跟踪，以确保材质性能。

对于亚共晶的A356合金是否需要变质，关键是看有无必要。变质虽有一定好处，但增加了工序，增加烧损及熔炼周期。一般只要工艺控制得当，性能就会合格，变质对于亚共晶的A356合金不见得十分必要，但对于相对湿度超过80%的潮湿天气条件下，加适量的TiB进行细化处理对合金消除针孔有一定好处。

Mg是A356合金中的关键强化元素，它在合金中通过形成Mg2Si实现热处理固溶强化，再通过人工时效实现时效硬化。一般A356合金的使用状态为T5和T6(T5为固溶处理+不完全人工时效，T6为固溶处理+完全人工时效)。T5可以实现合金的强度和塑性兼顾，T6可以实现合金强度最大化而延伸率减小，关键看用户和设计者铸件应用状态。

有关铸造铝合金的固溶处理和人工时效具体规范在笔者主编的航空工业标准HB5446都有明确规定，在这一标准实施的基础上，笔者后来又主编了国防工业通用的国军标GJB1695”铸造铝合金热处理规范”，它们与美国目前通用的ASTMB597处理规范基本一致。

从ASTMB179的A356.2的规范可以看到，其对材质要求是严格的，属于高纯度要求，要实现合金锭要求Fe＜0.12%，一般要采用纯度＞99.9%的高纯铝配制，而非一般应用的99.7%纯度的铝，以保证A356合金的杂质含量不超标，因为超标的杂质直接影响合金的材质及耐腐蚀性能。笔者早年在航空部航空材料研究所工作期间对有关杂质对性能的影响作过较系统的研究，其中对Fe及低溶点杂质对性能的线性影响印象颇深。

三、几点值得讨论的问题

1.A356合金能否采用再生铝生产？

再生铝的生产不能简单的一概而论。笔者曾经在工厂条件下对热处理工序前产生的A356铸件废品回炉料曾用到60%，也就是说大部分可以回用，但遵循的原则是：Fe＜0.15%，但不存在低熔点杂质，且有分析报告作依据。对于外来的废旧轮毂要作具体分析：是否经过镀层处理、喷漆处理及其他表面处理？既要经过认真仔细的成分分析，特别是杂质分析，也要视其轮毂表面质量状况，嵌件状态等具体情况来综合考虑。我们曾试图从本厂生产的经加工后的A356合金的机加工切屑回收利用，也未曾收到良好效果，最后仍然处理给压铸厂作回炉料。直至目前尚未看到有关A356轮毂采用再生铝生产的文献报道，但不等于以后不会改变，我们期望在铝合金锭熔炼净化和其他工艺方面有重大突破，解决这一难题。

2.A356合金应用渠道的拓展与延伸。

由于A356合金的优良工艺性能、高的力学性能及耐腐蚀性能，在国外己获得广泛应用，欧美及日本等先进工业国家都大量应用。近几年笔者先后在江苏扬州、湖南长沙以及河南郑州等地拓展A356合金的应用，主要是取代原设计用球墨铸铁的一些受力构件，既有A356合金，又提高了一级采用了A357(国内ZL114A)，它的力学性能更高，大都使用在电气线路建设中的受力件，充分显示了这类合金的高强、耐腐蚀及工艺性良好的特性，这些构件都已在这些单位成功批生产，并出口到欧美及日本等地，在某些方面将这类合金铸件水平得到提升。

3.A356合金是亚共晶铸造铝合金，仅适用于重力铸造。

国内外大都对汽车轮毂采用低压铸造成型，而摩托车轮毂形状较为简单，有的则采用金属型浇铸。无论是低压铸造还是金属型铸造，其铸件均可以通过热处理固溶强化。而现在作为汽车中用量最大的压铸铝合金由于是高压快速成型，铸件充填过程中的气体和夹杂难以及时排出，故除了真空压铸之外，现在一般的压铸件均无法进行热处理。因此，材质力学性能提高和压铸材料的选择都受到一定限制，也正因为如此，再生铝合金才在压铸铝合金中独称老大。以上仅仅是笔者个人的一些见解，还希望听到更多专家在实践中的更多发现。