铸造铝合金熔炼工艺研究

张颖 乔莎莎 党宁鸽 王荣华

摘 要：随着国网的发展，金具行业竞争日趋激烈。为了降低成本，增加市场竞争力，各个公司都从减少材料，增加产品强度、质量上着手。本文对铸造铝合金熔炼工艺进行分析研究，预期到达通过变质处理，细化晶粒，使铸件内部组织细化，从而提高铸件强度。

关键词：变质处理；变质剂及用量；铝合金强度

0 引言

随着国网的发展，金具行业竞争日趋激烈。为了降低成本，增加市场竞争力，各个公司都从减少材料，增加产品强度、质量上着手。

对于铸铝产品，从原材料熔炼及变质处理进行分析研究，预期想到达通过变质处理，细化晶粒，使铸件内部组织细化，从而达到提高铸件强度的目的。

1 变质处理的含义

在Al-Si合金中，通过加入适量的变质剂，使铝液金相组织发生改变，形成细小的共晶体。增强合金的机械性能及伸长率。

2 变质处理必要性

Al-Si合金中的共晶Si，特别是粗大的多角形板状初晶Si，严重地割裂了Al基体，在Si相的尖端和棱角处引起应力集中，使机械性能特别是伸长率显著降低，切削加工性能也不好。因此，当含Si量高于6%～8%，必须进行变质处理。

3 變质剂分类

近年来，国内外都在探求Al-Si合金新的变质剂和变质方法，据报道，下列元素对共晶体（ā+Si）均可起到不同程度的变质作用，如Na（纳）、Sr（锶）、Y（钇）、Bi（铋）、Sb（锑）、S（硫）等。

4 变质剂的选用

4.1 钠盐变质法：钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，其缺点是：钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象。

4.2 铝锶中间合金变质法：这是国外使用的较多的一种长效变质方法。加入量为炉料总重量的0.04%-0.05%的Sr。其优点是变质效果比钠盐好，氧化烧损也比钠盐小，有效变质持续时间长，对坩埚的腐蚀性也比钠盐小，因而可使坩埚的使用寿命延长。这种变质法操作也比使用钠盐安全卫生，不产生对人体和环境有害的气体，变质效果也比钠盐好，一般有80%-90%的良好变质合格率。其缺点是：成本比钠盐高，要预先配制成中间合金。

通过对多种变质剂分析，最后确定选用最适合公司生产使用的Sr（锶）作为变质剂。

5 Sr变质的加入量与熔炼方式

通过不断的实验检测分析，在共晶体和共晶成分的Al-Si合金中加入0.02%～0.06%Sr时，合金能有效地变质，且锶的变质有效时间为6～7小时。但重熔时，不易用氯盐进行精炼，且熔炼超过6～7小时后，必须另加Sr进行重新变质。

Sr含量对合金性能的影响：下图为ZL102合金的实际含Sr量和机械性能的关系，由图可见，含Sr量0.02%～0.06%时，抗拉强度和塑性达到最大值，随后性能下降。因为Sr含量超过0.06%后，出现新的脆化相，使合金性能变坏。

锶变质的熔炼过程：在铝料经过熔炼、精炼、除气、扒渣后，锶以Al-Sr合金加入铝液中，进行搅拌熔炼。待5～10分钟后，即可进行炉前检验，判断变质效果。

6 实验结果

下表为未经Sr变质和经过Sr变质的产品拉力实验结果；

[产品

名称

悬垂线夹主体

悬垂线夹主体

悬垂铝套壳][产品

型号

CGF-10044

CGF-10040TG

TK-05][材料

ZL102

ZL102

ZL102][未加Sr的

抗拉强度

102kN

105kN

101kN

100.8kN

80kN

79.1kN][加入Sr的

抗拉强度

160kN

155kN

148kN

140kN

95kN

98kN]

结果分析：通过实验，我们证实经过Sr变质的产品，抗拉强度和伸长率都远远大于未经Sr变质的产品。所以，Sr变质起到细化晶粒，使铸件内部组织细化，提高铸件强度的作用。

参考文献：

[1]铸造有色合金及其熔炼[M].河北工学院科技情报研究室，1985.5.

[2]铸造有色合金手册[M].机械工业出版社，1978.4.

[3]铸造手册[M].机械工业出版社，1993.2.

作者简介：

张颖，男，出生年，1986年10月3日，籍贯：四川乐山， 职称：初级工程师，学位：大学本科。