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铸造铝合金详解
来源: | 作者:佚名 | 发布时间: 2022-01-18 | 2030 次浏览 | 分享到:



铸造铝合金详解,据主要合金元素差异有四类铸造铝合金。

(1)铝硅系合金,也叫“硅铝明”或“矽铝明”。有良好铸造性能和耐磨性能,热胀系数小,在铸造铝合金中品种Z多,用量Z大的合金,含硅量在4%~13%。有时添加0.2%~0.6%镁的硅铝合金,广泛用于结构件,如壳体、缸体、箱体和框架等。有时添加适量的铜和镁,能提高合金的力学性能和耐热性。此类合金广泛用于制造活塞等部件。

(2)铝铜合金,含铜4.5%~5.3%合金强化效果Z佳,适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。

(3)铝镁合金,密度Z小(2.55g/cm3),强度Z高(355MPa左右)的铸造铝合金,含镁12%,强化效果Z佳。合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好,室温下有良好的综合力学性能和可切削性,可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件,也可作装饰材料。

(4)铝锌系合金,为改善性能常加入硅、镁元素,常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下,该合金有淬火作用,即“自行淬火”。不经热处理就可使用,以变质热处理后,铸件有较高的强度。经稳定化处理后,尺寸稳定,常用于制作模型、型板及设备支架等。

铸造铝合金具有与变形铝合金相同的合金体系,具有与变形铝合金相同的强化机理﹙除应变强化外﹚,他们主要的差别在于:铸造铝合金中合金化元素硅的Z大含量超过多数变形铝合金中的硅含量。铸造铝合金除含有强化元素之外,还必须含有足够量的共晶型元素﹙通常是硅﹚,以使合金有相当的流动性,易与填充铸造时铸件的收缩缝。目前基本的合金只有以下6类;

1.稀土在铝合金中的精炼作用

铝合金中添加适量稀土元素对精炼效果具有促进作用。稀土元素可以改善夹杂物形态,净化晶界。采用真空吸铸法研究了Al RE中间合金对A356合金 流动性的影响,实验结果证明合金熔体中加入适量的稀土元素,能够使固液相线温度差减少,减小合金的糊状凝固趋势,并且降低合金熔体表面张力,此外还有去气、除杂的精炼作用,这都会使熔体流动性提高,粘度降低,有利 于夹杂物和气体的排除。

已研究开发出一种含有稀土化合物的铝合金新型熔剂,该熔剂通过发生一系列的物理和化学反应,不仅可使A356合金熔体720℃时的含氢量由大于0.30ml/100g(Al)下降到0.10 ml/100g(Al)以下,除气效果显著,并使A356合金的室温抗拉强度提高7.27%,延伸率提高85.58%。但是,过量的稀土元素也会加剧富RE相的聚集,成为夹杂物,从而降低合金熔体的流动性。

2.稀土对铝合金的细化作用

有目的地抑制柱状晶和双柱状晶生长,促进细小等轴晶形成,这种工艺过程就叫作晶粒细化处理。由于晶粒得以细化,合金的性能得到提高,同时还使缩松、热裂、针孔等缺陷下降。细化处理的Z基本方法是抑制形核,以及向熔体中添加晶粒细化剂的外来形核质点。目前,添加细化剂的方法成为Z有效、Z实用的方法。铸造铝合金中常用的共有三种类型的晶粒细化剂:二元Al-Ti合金、二元Al-B合金和三元Al-Ti-B合金。中间合金(晶粒细化剂)加入到铝合金熔体中发生溶解,释放出金属间化合物相,成为外来形核核心。

在铝合金中加入稀土,既可细化晶粒,也可明显细化枝晶组 织(减小二次枝晶间距),其Z佳效果对应于不同的稀土含量。但是,其细化效果弱于Ti、B等元素。稀土加入的临界值与合金的 熔炼、浇铸条件有密切关系。只有在一定的生产工艺条件下,一定量的稀土才会有Z好的细化效果。

采用一般细化剂,随着铝液 静置时间的延长,细化效果逐渐衰退;采用 Al-5Ti-1B-10RE中间合金,稀土元素能阻止细化元素发生聚集、沉淀,对Ti、B的细化作用有一定的促进作用,可有效抑制铝硅合金长时间静置过程中晶粒尺寸的衰退,适合于大批量生产汽车铝合金铸件。

3.稀土对铝硅合金的变质作用

铸造Al-Si合金中Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相,它严重割裂基体,降低合金的强度和塑性,因而需要将它改变成有利的形态。变质处理使共晶Si由粗大的 片状变成细小纤维状或层片状,从而提高合金性能。迄今已发现,碱金属中的K、Na,碱土金属中的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 具有变质作用。在Al-Si合金中,添加铝 稀土中间合金或稀土氯化物和氟化物,可使共晶Si相由片条状变成球粒状。不同稀土的变质能力不同,大体上随着原子半径由大变小,变质能力由强变弱。

稀土变质剂具有很好的长效性和重熔稳定性,吸气倾向小,无污染、加入工艺简便、 无腐蚀作用。研究结果表明,含La为0.056%变质后的合金,重熔10次,每次取样进行金相检验,发现Z终仍有变质效果,La的Z终浓度仍有0.035%,仍处于Z佳变质范围之内。0.3 %混合稀土变质合金,重熔5次,发现Z终仍有良好变质效果。

变质工艺直接影响着稀土的变质效果。对Al-Si合金,获得稳定变质组织的关键是减 少稀土的烧损,并防止稀土的偏聚,使稀土迅速均匀地扩散到铝液中。稀土变质有一潜伏期 ,即必须在高温下保持一定时间,稀土才能发挥Z大变质作用。