A356合金的延伸和发展

文 / 熊 仪

A356合金是美国ASTMB686高强度铝合金铸件标准中的几个牌号之一，它不仅强度高，而且铸造工艺性能优良；产生铸造冶金的缺陷不敏感，机械加工和焊接工艺性能也较为优异，尤为难得的是，在潮湿大气下的耐腐蚀性能也较强，是室外工作条件下的重要选材。以往由于铝材稀贵，仅在航空航天器被采用，并在军工产品的应用中经过严格的质量考核，积累了大量的使用经验，为今后扩大应用提供了借鉴。

随着工业的发展，铝材的扩大使用在民品制造业中显示了巨大的生命力。汽车产业是民用支柱产业，汽车结构的轻量化是汽车设计的重要追求目标，它既可以减少汽车本体的重量，又为提高速度、减少能源消耗、改善环境提供了可能性。因此，自上世纪七十年代后，欧美工业发达国家在汽车上应用铝合金的数量急剧增加，其中A356合金在重力铸造工艺中的应用更为普遍。故A356合金各国均有自己的牌号，如表1所示。

A356铸造铝合金，由于其综合性能较好，在航空器材等军用产品上应用得十分成功可靠，所以在欧美诸国，首先将其应用于汽车对综合性能要求高的轮毂上，采用低压铸造成型工艺，多年的实用结果是成功的、可靠的，为此，在乘用车上完全取代了原用的钢制冲压轮毂，这也是汽车轮毂史上一个划时代的革命。我国制造的乘用车从一开始就采用了这种材料和工艺，获得巨大成功，目前每年可生产上百万台成品轮毂出口到欧美市场。

A356合金，如表2所示，从其化学成分可以清楚地看出，它是一种高纯高强度合金，它对有害杂质Fe控制严格，热处理也十分规范，这是一般高强铝合金必须遵循的，否则高强度性能难以实现。

从表2所列成分的比较可以看出，A357与A356属同一系列合金，仅个别元素有差异，这是适应A356合金转型升级的需要，从表3可以看出其性能的变化。

一、A356与A357性能比较及相关措施

从表2、表3比较可以看出，由于A357合金主要强化元素镁由A356合金的0.25%～0.45%提高至0.45%～0.7%，其加强固溶热处理Mg2Si的强化效果，从而使A357合金的抗拉强度和硬度也有所提高，是其性能提高的更新材料，从其设计选材和构件的使用部位也可显示这一特点。也正是由于这一设计理念上的更新，其合金材料组成上镁含量的提高增加了合金熔炼的难度。镁是活泼元素，高温下极易氧化和燃烧又加剧了合金熔炼过程中的吸气和造渣，这是铝合金熔炼中特别忌讳的。也正因为如此，在美标中无论是军标Mil-21180还是高强度铝合金ASTM686标准中对A357合金都有添加0.04%～0.70%铍的要求，目的是防止合金熔炼过程中氧化、燃烧和吸气，而添加的铍不仅稀有而且价格高昂，更重要的是，高温下铍的加入对人体有害，因此在我国标准GB1173中有注解为：在保证力学性能的情况下，允许不加铍。

表1 各国A356的牌号表

表2 ASTMB179中A356.2的合金锭规范要求

表3 A356与A357性能比较表

通过实践，要达到规范的性能要求是可能的，但必须加强熔炼过程中的工艺控制：1.在A357中有效添加镁途径有二，其一是配制含镁10%的Al-Mg中间合金，按此中间合金计算量加入A357中，可以减少加入时的氧化、烧损和吸气，并有利于合金的均匀化。其二是在A356.2中以镁含量为基础，计算添加镁量至0.70%～0.75%，将其称量后，用纯铝箔将其包裹好，放入用清理干净并涂好涂料的钟罩中，精炼前于(680℃～700℃)温度下压入，不冒镁光。2.在加入镁后的合金液面均匀撒上一层防氧化的覆盖剂，以防止不致密的MgO膜氧化合金液以致造渣。3.合金加镁后的精炼时间至浇铸完毕时间尽量缩短，一般不会超过4小时。4.加镁后的最高温度一般不超过730℃，熔炼表面覆盖剂要即时补充。5.拉力试棒的浇铸要规范，首先要精心准备拉力试棒模，涂料要均匀，特别是试棒中￠12mm的细径部位，要保证它先凝固，试棒模浇铸前要予热，温度不低于200℃。6.此外，为了保证热处理效果，热处理控温正常，加温曲线平滑，跟踪性能测试结果，防止连续和成批量的质量事故发生。

二、关于对合金熔液质量的控制

在有关再生铝合金的研讨会上，曾涉及有关“采用再生铝生产A356合金的可能性”的讨论，首先要说明的是A356系列合金仅适用于重力铸造工艺，而且它必须通过固溶和时效热处理才能达到理想的力学性能，而偏高的合金杂质，特别是低熔点杂质在铝合金固溶热处理时对过烧等缺陷是敏感的。所以截至目前，由再生铝熔制的合金锭在高压铸造工艺用得较多，一是高压铸造压铸件一般不经热处理工序。二是由于高压铸造工艺的高压和快速凝固的固有特点，使其一些杂质相不易长大，危害相对较小，这也是国内外对一般压铸合金允许其杂质含量较宽松的理由所在。对于再生铝是否可以生产出A356.2的合金锭，关键在于其生产的合金锭能否符合其化学成分，特别是杂质含量不超标的质量要求。如果在合金熔制中加强质量控制，特别在合金熔炼过程中加强净化处理，使合金的净化程度，低倍金相组织达到相应质量要求，并在合金浇铸过程中进行二次净化，即在浇铸过程中采取诸如过滤除渣等有效措施，A356.2合金锭的生产也并非无可能，关键在于采取相应的针对性措施。