铁坩埚对熔炼ADC12增铁性能的影响

李 瑶（北方重工集团有限公司工程成套分公司，辽宁 沈阳 110141）

铁坩埚对熔炼ADC12增铁性能的影响

李 瑶
（北方重工集团有限公司工程成套分公司，辽宁 沈阳 110141）

摘 要：试验采用铁坩埚熔炼铝合金ADC12，经不同时间保温后，浇铸成相同的试样，然后对试样进行金相组织分析、拉伸实验及断口扫描，发现在3.5小时的熔炼时间内，铁元素的增加不超过1.2%，对铝合金的性能影响不大。

关键词：ADC12；增铁；组织；机械性能

一、试验材料及试验方法

1 实验用料及器材。ADC12铝合金料、箱式高温熔炼炉、铁坩埚、预热箱式电阻炉金属模具、钟罩、扒渣铲、高温手套以及其他一些辅助器械。

2 ADC12的切割。试验用铝料的切割采用无齿锯切割，切割后大小约为100克。切割后的小块铝料要进行分组，每组的重量约为500克，并进行标号存放，以便实验时需要。

3 铝合金的熔炼与浇铸。在开始熔炼铝料之前要先做好准备工作：清理好模具与坩埚，预热熔炼炉及预热用炉，准备好熔炼要用的辅助工具。

熔炼炉升温，将温度定在750℃，坩埚放在熔炼炉中一起升温，预热炉温度定在300℃。模具和铝料都要进行预热，金属模具在预热前要清理干净且要用涂料涂在浇道和型腔内壁，待涂料晾干后把模具放入预热炉中预热。

等熔炼炉温度升到750℃时，将铝料放入熔炼炉中的坩埚中，并迅速放入炉内，在取出和放入坩埚时应注意安全。将称量好的六氯乙烷用纸包好放在熔炼炉门上方预热。

等放入铝料25分钟后，将坩埚取出放于通风处加入六氯乙烷除氢。预热好的六氯乙烷连同纸包一起放入钟罩内，将钟罩迅速伸入铝液中，并不停搅动使除氢剂在铝液中充分反应，等铝液中不再有烟雾冒出时除氢基本进行完毕，将坩埚迅速放入炉内，关闭炉门保温5分钟。

保温之后将坩埚取出，扒渣浇铸。在浇铸前要事先将模具取出，放在保温砖上。扒渣和取模具最好同时进行。

浇铸后坩埚要装料后迅速放入熔炼炉以便节约能源。

金属模具散热较快，等温度下降后打开模具取出铸件。再次刷涂料时要等模具彻底冷却后进行。

我们按照保温时间的不同浇铸出四个试样，除氢工序都在浇铸前五分钟进行。

四组实验保温时间如下：

序号 1 2 3 4

保温时间，h 0.5 1.5 2.5 3.5

由于金属模具冷却需要一定的时间，且不能用水直接冷却，刷涂料会消耗很长时间，为了节省时间如果试样能容易的取出，我们可以考虑不刷涂料。

二、试样的制备

1 试样的切割。在每一组试样中选取一根试样，取试样的中间部位截取1.5厘米长的试样别分别标记0.5、1.5、2.5、3.5。标记后的试样在砂轮上磨出倒角。

2 试样的磨制及抛光。试样分别用100目、400目、600目、800目、1000目和1200目的砂纸先后进行打磨。在用1200目砂纸打磨无明显划痕时在抛光台上抛光。抛光时抛光布的转向与试样进行打磨时的划痕方向垂直时更容易将细小划痕快速打磨掉。

三、金相组织的拍摄 与分析

在金相显微镜上分别拍摄50倍、100倍、200倍和500倍照片，拍摄照片时要调整好光线，使照片清晰且明暗适中，将照片进行编号保存。保温0.5小时的试样比保温2.5小时试样针状相增多，而针状相的破坏性更大，针状β相可使铝型材表面粗糙，机械性能、抗腐蚀性能变差，氧化后的型材表面发青、光泽下降，着色后得不到纯正色调。

四、拉伸试样的加工与实验

拉伸是很精确的试验，试样的微小缺陷都能影响最后的拉伸数据，因此选取试样时要尽量选无明显瑕疵且加工部位光滑无尖锐倒角的试样且要严格按照标准进行机械加工。拉伸试样按照GB/T16865一1997选取试样，拉伸实验在万能实验机上进行，拉伸速率为0.5mm/min。每个试样选取3个拉伸试样，然后取三个测定值的平均值。根据多组数据求平均值的方法求出所需数据，由数据大致可以认为：延伸率随保温时间的增加而增加，断面收缩率基本不变，σb随载荷的变化趋势而变化。随着保温时间的延长，铝合金的延伸率增加，也就是说保温时间的增加提高了铝合金的延伸率。保温时间的延长提高了铁的含量，铁含量增加确提高了铝合金的机械性能这与铁在铝合金中是有害元素不相符，但是我们要看到，在铝合金中铁的含量允许在1.2%以内，而我们试样的铁含量没有超出这个数值，因此铁元素不能明显影响铝合金的性能。 铝合金的σb增加到2.5小时时达到峰值，然后降低。基本也可排除铁元素的影响。

五、断口扫描与分析

材料的端口记录着断裂时试样内部发生的一些变化，为了更好的了解试样的拉伸性能，我们对试样的拉伸断口做了电镜分析。

保温0.5小时的试样的拉伸断口形貌，断口分布着不规则形状的黑色区域，即韧窝。断口表面覆盖着大量白色撕裂峰和韧窝，韧窝地步可能有少量的块状夹杂物。较大韧窝的出现可能是在其底部存在块状夹杂物。

保温1.5小时试样的拉伸断口行貌，断口不均匀，有较大的差距，这有可能是断裂处存在较大的铸造缺陷。

保温2.5小时试样的拉伸断口形貌，断口一部分为大小均匀的韧窝，另一部分则是大面积的撕裂白色铝基体，这与该试样良好的韧性是相对应的。

六、取样及成分分析

浇铸出的试样是圆柱型，将其固定在钻床上，用钻头钻孔，讲细小的碎屑收集起来，编号后存在试样袋中备用。

实验采用光谱分析的方法来分析铝合金中的成分。

实验采用的仪器是DAIRD光谱分析机，型号为Xtec Trovac 1000。

成分分析结果如下：

序号 0.5 1.5 2.5

含铁量，% 0.13 0.26 0.32

根据分析结果可以看出，铁含量随着保温时间的增加而不断增加，但是增加速度却在下降。由于铁在铝合金中危害性，一般要控制铁含量在1.2%以下，当铁含量超过1.5%时只能作为钢铁工业脱氧剂。

结语

本文通过使用铁坩埚对ADC12进行熔炼，然后对浇铸试样进行微观组织分析、拉伸试验、拉伸端口扫描以及成分分析得出如下结论：适量的延长熔炼保温时间能提高铝合金的机械性能。随着保温时间的延长，铝合金中溶入的铁元素增加，但是增加速度会随着保温时间的延长而逐渐减缓。根据金相组织分析，铁元素在铝合金中能形成针状相，降低合金的机械性能。保温时间在3.5小时内，铁元素的增加量不超过1.2%，铁元素对铝合金的影响不大。

参考文献

[1]田荣璋，等.稀土金属对铝硅ZL104合金组织和性质影响的研究[J].1982.

中图分类号：TG249

文献标识码：A