静置时间对Sb-Te联合变质ZL101A的影响

薛永军，宗绍迎，梁福顺（山西汾西重工有限责任公司，山西太原 030027）

静置时间对Sb-Te联合变质ZL101A的影响

薛永军，宗绍迎，梁福顺
（山西汾西重工有限责任公司，山西太原 030027）

利用扫描电镜分析、能谱分析、抗拉强度分析，研究了静置时间对Sb、Te联合变质ZL101A的影响。结果表明，随着静置时间的延长，ZL101A合金的组织不断细化，45 min后，变质效果达到最佳，合金的抗拉强度也从298 MPa增加到329 MPa，随着时间的延长，变质效果没有衰退现象。

静置时间；Sb；Te；ZL101A；变质处理

ZL101A合金是应用比较广泛的铸造铝硅合金之一，由于其质量轻，比强度、比刚度高，特别受到航空航天、船舶以及汽车工业的青睐。由于Al-Si合金中Si含量比较高，板片状的共晶硅严重制约铝硅合金性能的发挥。通常情况下，为了提高合金的力学性能，铸造铝硅合金要进行变质处理。工业生产中普遍采用的是钠盐变质、锶变质等，但钠盐变质属于短效变质，变质效果持续时间在30 min左右，锶变质属于长效变质，但变质过程中吸气倾向大［1］。Sb、Te联合变质作为一种长效变质剂，避免了钠变质和锶变质的不足。本文论述了Sb、Te联合变质过程中静置时间对变质效果的影响。

1　试验方法

首先将ZL101A合金在坩埚电阻炉中熔化，待温度达到720 ℃时，分别加Sb、Te变质剂，搅拌均匀，然后用C2Cl6进行精炼，精炼剂加入量为0.6%～1%，精炼温度控制在720～750 ℃。精炼完成后，铝液分别静置15、30、45、90 min，采用差压浇注工艺进行浇注，铸型为砂型，浇注后的试样分别标记为试样1#、试样2#、试样3#和试样4#。浇注工艺参数如下：浇注温度700～720 ℃，升液速率40～50 mm/s，充型速率50～60 mm/s，保压压差80～100 kPa，保压时间5～7 min。浇注完成后，试样进行T6处理，工艺参数执行GB/T1173—1995，淬火转移时间≤15 s。生产完成后的试样经过打磨、抛光，并经HF酸腐蚀后进行SEM扫描，并进行抗拉强度检测。

2　试验结果

2.1试样化学成分分析结果（表1）

表1　试样化学成分

2.1金相组织

金相组织见图1。从SEM照片可以看出，试样1#的共晶硅没有完全细化，有大量的板片状共晶硅存在，试样2#中大部分共晶硅已经颗粒化，但仍有少量板片状共晶硅没有完全粒化。试样3#中共晶硅已经完全颗粒化，而且分布较均匀。试样4#的SEM照片与试样3#的基本相同，表明随着时间的延长，变质效果没有衰退。

2.2抗拉强度检测

图1　不同试样的SEM照片

试样的抗拉强度检测结果见图2。从图2可以看出，随着静置时间的延长，抗拉强度从15 min时的298 MPa，增加到了45 min时的329 MPa，并且随着时间的延长，抗拉强度没有明显的下降趋势。

图2　抗拉强度与静置时间的关系

2.3分析与讨论

Sb、Te变质过程中，Sb能够消除铝熔体中共晶硅的异质形核核心，增加共晶硅结晶凝固的过冷度，共晶硅将以纤维状和板片状之间的中间状态生长，能够使共晶硅变得细小。Te的作用是阻碍Si的侧向生长，在Si相前沿富集，有选择的吸附，最后进入晶体产生孪晶，使共晶硅的生长产生分支，从而细化共晶硅［2］。

通过对静置15 min的试样进行SEM分析、EDS分析，从放大500倍的SEM照片，发现有一处组织中仍有未溶解的单质Sb存在，见图3所示A处。该处EDS分析结果表明，wSb含量高达74.26%，wAl为1 9.66%。表明Sb在加入15 min后仍有部分没有完全溶解进入铝液中。由于静置15 min后仍有Sb没有完全溶解，因此Sb的变质作用没有完全发挥，变质效果较差。

随着时间的延长，达到30 min时变质合金的晶粒较15 min时进一步细化，但仍有少量的板片状的共晶硅存在。在静置30 min的试样中没有发现未溶解的单质Sb，但Sb溶解后发挥变质细化作用还需要一定的孕育期，所以30 min时变质效果仍没有达到最佳。再随着时间的延长，Sb的变质作用完全发挥，变质效果达到了最佳。而且变质作用没有衰退现象。

Sb的熔点630.5 ℃，Te的熔点450 ℃，在联合变质过程中，Te能够在较短时间内溶解进入铝液中，发挥变质作用，但Sb的熔点较高，其完全溶解需要较长的时间，而且溶解后的Sb要完全发挥变质作用，还需要一定时间。因此决定Sb、Te联合变质的效果主要靠熔点较高的Sb的完全溶解。

抗拉强度的测试结果也与SEM照片的分析结果相一致。合金的抗拉强度在15 min时为298 MPa，随着时间的延长抗拉强度呈直线上升，到45 min时达到329 MPa，并且随着时间的延长，抗拉强度没有下降趋势。

图3　未溶解的Sb扫描照片及其EDS能谱分析

3　结论

（1） Sb、Te联合变质能够细化ZL101A的共晶硅，提高合金的力学性能，合金差压铸造条件下的抗拉强度优于GB/T1173—1995。

（2） Sb变质剂存在较长的孕育期，变质效果在45 min左右达到最佳。

（3） Sb、Te联合变质具有长效性。

［1］ 张忠华，边秀房. 锶变质处理对熔体吸氢及气孔形态的影响［J］.铸造，1999（1）：5-7.

［2］ 龙文元，尧军平. Sb和Te变质对A357合金组织和性能的影响［J］.特种铸造及有色合金，2003，33（7）：601-603.

［3］ 李升，于彤， 杨保安，等. ZL101A合金用磷碳复合变质剂的研究［J］.中国铸造装备与技术，199（6）：21-22.

Effects of Standing Time on ZL101A Alloy with Sb Te Composite Modifi cation

XUE YongJun， ZONG ShaoYin， LIANG FuShun
（Shanxi Fenxi Heavy Industry CO.， LTD.， Taiyuan 030027，Shanxi，China）

Studied effects of standing time on ZL101A alloy modifi ed with a Te-Sb composite modifi er by using SEM、 EDS and Tensile test analysis. The study suggests that the microstructure of the alloy become more refi ner with standing time prolonging，and the effects of modifi cation reach peak after 45 min，tensile strength of the alloy improved from 298 MPa to 329 MPa. The modifi cation effects don't decline with the standing time prolonging.

Standing time；Sb；Te；ZL101A

TG146.2；

A；

1006－9658（2015）02-0004-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.02.002

2014-11-27

稿件编号：1411-719

薛永军（1978—），男，工程师，主要从事铝合金差压铸造方面的工作.