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鑄造鋁合金詳解

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鑄造鋁合金詳解

發布日期:2016-09-18 00:00 來源:http://www.gzkxk.cn 點擊:

鑄造鋁合金詳解,據主要合金元素差異有四類鑄造鋁合金。

(1)鋁硅系合金,也叫“硅鋁明”或“矽鋁明”。有良好鑄造性能和耐磨性能,熱脹系數小,在鑄造鋁合金中品種最多,用量最大的合金,含硅量在4%~13%。有時添加0.2%~0.6%鎂的硅鋁合金,廣泛用于結構件,如殼體、缸體、箱體和框架等。有時添加適量的銅和鎂,能提高合金的力學性能和耐熱性。此類合金廣泛用于制造活塞等部件。

(2)鋁銅合金,含銅4.5%~5.3%合金強化效果最佳,適當加入錳和鈦能顯著提高室溫、高溫強度和鑄造性能。主要用于制作承受大的動、靜載荷和形狀不復雜的砂型鑄件。

(3)鋁鎂合金,密度最小(2.55g/cm3),強度最高(355MPa左右)的鑄造鋁合金,含鎂12%,強化效果最佳。合金在大氣和海水中的抗腐蝕性能好,室溫下有良好的綜合力學性能和可切削性,可用于作雷達底座、飛機的發動機機匣、螺旋槳、起落架等零件,也可作裝飾材料。

(4)鋁鋅系合金,為改善性能常加入硅、鎂元素,常稱為“鋅硅鋁明”。在鑄造條件下,該合金有淬火作用,即“自行淬火”。不經熱處理就可使用,以變質熱處理后,鑄件有較高的強度。經穩定化處理后,尺寸穩定,常用于制作模型、型板及設備支架等。

鑄造鋁合金具有與變形鋁合金相同的合金體系,具有與變形鋁合金相同的強化機理﹙除應變強化外﹚,他們主要的差別在于:鑄造鋁合金中合金化元素硅的最大含量超過多數變形鋁合金中的硅含量。鑄造鋁合金除含有強化元素之外,還必須含有足夠量的共晶型元素﹙通常是硅﹚,以使合金有相當的流動性,易與填充鑄造時鑄件的收縮縫。目前基本的合金只有以下6類;

1.稀土在鋁合金中的精煉作用

鋁合金中添加適量稀土元素對精煉效果具有促進作用。稀土元素可以改善夾雜物形態,凈化晶界。采用真空吸鑄法研究了Al RE中間合金對A356合金 流動性的影響,實驗結果證明合金熔體中加入適量的稀土元素,能夠使固液相線溫度差減少,減小合金的糊狀凝固趨勢,并且降低合金熔體表面張力,此外還有去氣、除雜的精煉作用,這都會使熔體流動性提高,粘度降低,有利 于夾雜物和氣體的排除。

已研究開發出一種含有稀土化合物的鋁合金新型熔劑,該熔劑通過發生一系列的物理和化學反應,不僅可使A356合金熔體720℃時的含氫量由大于0.30ml/100g(Al)下降到0.10 ml/100g(Al)以下,除氣效果顯著,并使A356合金的室溫抗拉強度提高7.27%,延伸率提高85.58%。但是,過量的稀土元素也會加劇富RE相的聚集,成為夾雜物,從而降低合金熔體的流動性。

2.稀土對鋁合金的細化作用

有目的地抑制柱狀晶和雙柱狀晶生長,促進細小等軸晶形成,這種工藝過程就叫作晶粒細化處理。由于晶粒得以細化,合金的性能得到提高,同時還使縮松、熱裂、針孔等缺陷下降。細化處理的最基本方法是抑制形核,以及向熔體中添加晶粒細化劑的外來形核質點。目前,添加細化劑的方法成為最有效、最實用的方法。鑄造鋁合金中常用的共有三種類型的晶粒細化劑:二元Al-Ti合金、二元Al-B合金和三元Al-Ti-B合金。中間合金(晶粒細化劑)加入到鋁合金熔體中發生溶解,釋放出金屬間化合物相,成為外來形核核心。

在鋁合金中加入稀土,既可細化晶粒,也可明顯細化枝晶組 織(減小二次枝晶間距),其最佳效果對應于不同的稀土含量。但是,其細化效果弱于Ti、B等元素。稀土加入的臨界值與合金的 熔煉、澆鑄條件有密切關系。只有在一定的生產工藝條件下,一定量的稀土才會有最好的細化效果。

采用一般細化劑,隨著鋁液 靜置時間的延長,細化效果逐漸衰退;采用 Al-5Ti-1B-10RE中間合金,稀土元素能阻止細化元素發生聚集、沉淀,對Ti、B的細化作用有一定的促進作用,可有效抑制鋁硅合金長時間靜置過程中晶粒尺寸的衰退,適合于大批量生產汽車鋁合金鑄件。

3.稀土對鋁硅合金的變質作用

鑄造Al-Si合金中Si相在自然生長條件下會長成塊狀或片狀的脆性相,它嚴重割裂基體,降低合金的強度和塑性,因而需要將它改變成有利的形態。變質處理使共晶Si由粗大的 片狀變成細小纖維狀或層片狀,從而提高合金性能。迄今已發現,堿金屬中的K、Na,堿土金屬中的Ca、Sr,稀土元素Eu、La、Ce和混合稀土,氮族元素Sb、Bi,氧族元素S、Te等均 具有變質作用。在Al-Si合金中,添加鋁 稀土中間合金或稀土氯化物和氟化物,可使共晶Si相由片條狀變成球粒狀。不同稀土的變質能力不同,大體上隨著原子半徑由大變小,變質能力由強變弱。

稀土變質劑具有很好的長效性和重熔穩定性,吸氣傾向小,無污染、加入工藝簡便、 無腐蝕作用。研究結果表明,含La為0.056%變質后的合金,重熔10次,每次取樣進行金相檢驗,發現最終仍有變質效果,La的最終濃度仍有0.035%,仍處于最佳變質范圍之內。0.3 %混合稀土變質合金,重熔5次,發現最終仍有良好變質效果。

變質工藝直接影響著稀土的變質效果。對Al-Si合金,獲得穩定變質組織的關鍵是減 少稀土的燒損,并防止稀土的偏聚,使稀土迅速均勻地擴散到鋁液中。稀土變質有一潛伏期 ,即必須在高溫下保持一定時間,稀土才能發揮最大變質作用。

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