Sb变质对A356铝合金组织及性能的影响

长城汽车股份有限公司顺平分公司 （河北保定 072250） 刘金永 李 磊

铸造铝合金具有优良的铸造性能，较高的强度、韧性，以及良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能。在所有铝合金铸件中，Al-Si合金铸件占80%以上。由于Al-Si合金含Si量较高，在铸态下初生 α( Al)枝晶较粗大，且分布不均匀，共晶硅以针片状存在针状及粗片状的硅形态，严重制约铝合金性能发挥。变质作为一种改变硅形态的方法在实际生产中得到广泛应用，通过变质可使Al-Si合金性能大幅度提高。

锑不仅有良好的变质长效性和重熔稳定性，不会对设备和环境造成污染，还能有效地细化晶粒，

较好地抑制铝合金吸气，减小产生针孔的倾向，可显著提高铝合金的力学性能。本文采用锑作为变质剂，同时验证了不同的添加量及热处理工艺对A356铝合金组织和性能的影响。

1.试验方法

（1）试样制备 试验用A356铝合金的化学成分：wSi＝7.12 % 、wMg＝ 0.35% 、wTi＝ 0.17% 、wFe＝0.12%，余量 Al。锑添加形式为AlSb5，在2.5t反射式熔化炉内熔炼铝合金锭，锑含量（质量分数）分别为0.1%、0.15%、0.2%、0.25%。熔化温度为750℃，当铝锭完全变成铝液后加入变质剂AlSb5，变质时间30min。用GBF除气机除气，氮气流量12～25L/min（0.4～0.8m3/h），石墨转子转速380～450r/min测量铝液密度（≥2.65g/cm3），倒入低压保温炉中，浇注转向节。各取两件转向节进行本体取样，其中一组直接拉伸，另外一组经T6 热处理: 固溶温度（540±5）℃，固溶时间（8±0.5）h，淬火转移时间≤25s，淬火水温（70±5）℃（环境温度≥20℃）、（75±5）℃（环境温度＜20℃），淬火时间（5±0.5）min，水切时间（10±0.5）min，时效温度（175±5）℃，时效时间（5±0.5）h，风冷时间（28±0.5）min，然后拉伸试验。试样拉断后在端部取金相试样磨制，观察组织。

（2）组织观察及力学性能测试 采用 WAW—500DL型万能材料试验机进行拉伸试验，加载速度为2mm/min；采用日本奥林普斯金相显微镜进行组织观察与分析。

2.试验结果与分析

（1）铸态试样的显微组织 图1所示为不同Sb添加量铸件的显微组织。由图1可知，添加wSb＝0.1%变质时，组织中初生α( Al) 多呈树枝状，共晶硅以针片状为主，且分布很不均匀，在晶界处偏聚。添加wSb＝0.15%后，初生α( Al) 树枝状得到改善，转变为块状、粒状及等轴状，分布也较均匀，针片状共晶硅相也由原来在晶界处偏聚变得分散。当wSb＝0.2%变质时，铸件晶粒化较为明显，均匀化程度也较好，共晶硅也呈分散分布。而当添加wSb＝0.25%变质时，虽然试样α( Al) 等轴化明显，但共晶硅又在晶界处有偏聚。

（2）固溶、时效后试样的显微组织 图2所示为固溶、时效后合金的组织。由图2可知，经 T6 热处理后α( Al) 晶粒除未变质合金外变化不大，而共晶硅形貌变化显著，几乎全部变为点球状，且弥散分布，少数短杆状。尤其对于添加wSb＝0.2%的铸件共晶硅均匀弥散分布最好，wSb为0.1%、0.15%、0.25%的铸件共晶硅虽然也是点球状，少数短杆状，但是在晶界处又有偏聚现象。随着Sb含量的增加，在硅的固／液界面将富集更多的Sb原子，这不仅增强了对共晶硅生长的阻碍作用，而且Sb含量的增加也使AlSb质点增多，增加共晶硅的异质形核核心，因而增强对共晶硅的细化能力。但当Sb含量过多时，高熔点的AlSb质点增加过多，其会以粒状的形式提前析出，并快速长大，从而起不到异质核心的作用。由于AlSb质点的快速生长，消耗了过多的Sb原子，使其对共晶硅生长的阻碍作用减弱，造成共晶硅加速长大。

（3）Sb变质针孔度的变化 图3所示为相同生产条件下生产的转向节Sr变质、Sb变质针孔度的照片，从中可以看出，Sb变质可以有效地防止针孔的产生，铸件针孔度可以达到二级。主要是因为Al-Sb合金为金属状，不吸附结晶水，Sb降低氢气在铝液中的溶解度，能有效地抑制铝液的吸气。

（4）不同Sb含量的合金的力学性能 对不同Sb含量的转向节进行本体取样，测试其力学性能。从图4可以看出，经T6工艺处理的产品，随Sb含量的升高，产品的力学性能有所增加，但当wSb＝0.2%时，达到峰值，随后下降。

材料的力学性能随着晶粒的细化和组织均匀化程度的提高而提高，在wSb达到0.2%时组织最好，材料的抗拉强度最高。

3.结语

（1）铝硅合金加入Sb后，可得到典型的变质组织，明显地提高了合金的力学性能。在wSb＝0.2%时，变质效果最好，力学性能最高。

（2）采用Sb变质，可有效预防针孔的产生。

（3）我公司Sb变质应用在年产64万只转向节的低压铸造，可以批量应用于生产。