旋转喷吹气对A356铝合金熔体净化效果的影响

杨途才 李雪姿 陈真 冯小林 卓伊玲

摘   要：对铝合金净化是提高铝合金铸件质量的重要手段。本文通过向A356铝合金熔体中通入惰性气体，研究惰性气体对A356铝合金熔体净化效果的影响。研究结果表明，通入惰性气体能有效地除去熔体的熔渣，将熔渣排到铝液表面，有效地净化铝液，提高熔体净化效果，从而提高铸件的力学性能。

关键词：A356铝合金  净化效果  力学性能

中图分类号：TG245                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（a）-0097-02

A356铝合金轮毂相对于钢轮毂来说有很多自身的优点：质量轻、散热快、有金属光泽、力学性能好等，是汽车行业非常重要的材料。汽车在行驶过程中，承受非常大的冲击力，因此必须使汽车铝轮毂具有很好的力学性能，使铝合金轮毂在各冲击应力下能承受工作应力，不容易变形，坚固耐用，才能确保汽车行驶过程中的安全性。随着汽车铝轮毂市场竞争力的不断增大，不断地开发高性能、高品质的铝合金轮毂，在市场的竞争中才不会被淘汰。A356铝合金是汽车行业中非常重要材料，经常被利用在制造汽车、摩托车轮毂中。随着科学技术的发展，汽车行业的热交换器、发动机、车身和底盘等主要部位所用的材料就是A356。

相比于国外发达国家的先进技术，我国的国产汽车制造技术还赶不上国外的技术。因为技术、工艺等方面的因素，在汽车的轻量化方面也远远落后于西方发达国家。再加上汽车在路面行驶过程中承受各个方向的冲击，既要保证汽车轻量化，又要满足性能要求就更加困难了。随着国内技术水平的不断提高，国内的诸多研究所和各高校也开始了对A356铝合金的研究，讓国内A356铝合金的研究有一定的进展。

A356铝合金凭借铸造工艺相对简单，容易操作，具有良好的铸造性能以及抗氧化性能，成为金属材料工程研究的热门。铝合金在常温常压下是良好的导电体，在实际生活应用中，能有效地替代铜合金，成为常用的导电材料。汽车轮毂的质量还要受到加工工艺的制约，成分偏析、不均匀化等因素都会影响到汽车轮毂的质量。目前的市场，汽车的需求量大幅度增加，高性能的汽车轮毂材料的开发受到广大市场的关注，汽车的铝化程度会越来越高。国内稀土Er在铸造A356铝合金中的应用研究方面与西方先进国家还有一定的距离，因此研究稀土Er在铝合金的改善作用至关重要。研究稀土Er在铸造A356铝合金中的作用，添加适当含量的稀土Er，使铝合金晶粒得到细化，各成分分布均匀，使合金的强度得到提高，机械加工性能得到改善。研发高性能的A356铝合金汽车轮毂才能在竞争激烈的汽车行业市场中占据优势，对我国现代化建设有着十分重大的意义。

本文利用惰性气体通入铝合金熔体，对比惰性气体通入熔体前后铸件质量，探究A356铝合金熔体净化方法。

1  实验

本次实验用到的原材料有：纯铝、镁块、铝硅合金等，根据A356铝合金的各成分（见表1）比例进行配料熔炼，待除气除渣后，浇筑成所需的铸件。A356铝合金熔炼的具体过程是：将预先称好量的纯铝放入坩埚熔炼炉内，缓慢加热到750℃。纯铝完全熔化后，把称好的Al-Si锭放到熔炼炉中，待Al-Si完全熔后，再把事先用铝箔包好的Mg加入炉中（Mg用钟罩罩住，完全浸入铝液中，不停地旋转钟罩，不能让Mg与空气接触，防止Mg在高温中燃烧）。保温20 min，向铝熔体中通入惰性气体，扒渣，静置0.5h。浇注前在模具内壁涂有一层高温耐火材料，均匀、平整地涂于铁模具、漏勺等需与合金液接触的工具，并缓慢加热烘干模具，浇注前将模具预热至200℃～300℃。随后浇注到模具中，待凝固后，打开模具，得到铸件的毛坯样。浇铸的速度先慢后快再慢，先慢是为了使金属液平稳充满整个金属模腔底部，防止飞溅;后快为避免金属液的温度降低，利于补缩;再慢为防止金属液因浇注量过大而溢出。图1为A356铝合金熔炼炉结构示意图，通气管末端为不锈钢材质，开有几个小孔，目的是使惰性气体均匀向铝液四周散开，更好地达到除渣的目的。

图2、图3为A356铝合金未通入惰性气体净化的金相图，未通入惰性气体净化的A356铝合金的显微组织，从图中可以明显地看出，未进行惰性气体净化的A356铝合金组织里主要由α-Al相和强化相组成，另外还有一些黑色的杂质，如图中标识所示，造成组织中存在杂质的原因是未经惰性气体净化的铝合金溶体，杂质悬浮在溶体里，没有浮到铝液表面，没办法进行清除，导致杂质跟铝液一起浇筑到模具中，夹杂在逐渐内部。

图4、图5为A356铝合金经惰性气体净化的金相图，经惰性气体净化后的A356铝合金的显微组织与未经过惰性气体净化的组织相比较，从图中可以明显地看出，经过惰性气体净化的A356铝合金组织里主要由α-Al相和强化相组成，没有出现图2、图3所示的黑色的杂质。在熔体中通入惰性气体，惰性气体气泡在上浮的过程中，由于浮力的作用，把铝液中的杂质携带到铝液表面，形成残渣捞出，达到净化铝液的效果。

表2为A356铝合金试样（未经热处理）的抗拉强度，分别取未通入惰性气体净化和经惰性气体净化的A356铝合金试样3根，做拉伸试验，最后取平均值。从表中可以看出，未经惰性气体净化的A356铝合金试样的平均抗拉强度140.7 MPa，经惰性气体净化的A356铝合金试样的平均抗拉强度为161.3MPa，经惰性气体净化的铝合金抗拉强度明显优于未经惰性气体净化的铝合金抗拉强度。

2  结语

（1）通入惰性气体能有效地除去熔体的熔渣，将熔渣排到铝液表面，有效地净化铝液，提高熔体净化效果，从而提高铸件的力学性能。

（2）经惰性气体净化后的A356铝合金的显微组织与未经过惰性气体净化的组织相比较，从图中可以明显地看出，经过惰性气体净化的A356铝合金组织里主要由α-Al相和强化相组成，没有出现图2、图3所示的黑色的杂质。在熔体中通入惰性气体，惰性气体气泡在上浮的过程中，由于浮力的作用，把铝液中的杂质携带到铝液表面，形成残渣捞出，达到净化铝液的效果。

（3）经惰性气体净化的铝合金抗拉强度明显优于未经惰性气体净化的铝合金抗拉强度。

参考文献

[1] 朱利民.汽车铝轮毂先进制造技术[J].轻金属，2008（3）：51-56.

[2] 唐剑，王德满，刘静安.铝合金熔炼与铸造技术[M].北京：冶金工业出版社，2009.