不同变质剂对铝合金组织及性能的影响

2014-09-04 09:26李兆健

中国铸造装备与技术 2014年2期

李兆健

（合肥工业大学，安徽合肥 230009）

铝合金以其良好的力学性能(较高的比强度、比刚度）和优良的铸造性能 ,在工业中被广泛应用 ,是汽车、造船、航空、航天及其他制造行业的重要结构材料。如在汽车工业中运用铝合金取代铁合金能起到减轻自重 ,提高功率质量比 ,达到节能、高速、高效的目的[1-4]。但是铸造中经常出现粗大的初晶硅相，严重妨碍了铝硅合金的力学性能。因此，除了在浇铸过程中控制浇铸的条件、加精炼剂除渣、除气外，还可以添加变质剂对铝硅合金进行细化处理，来达到细化晶粒的目的，从而进一步提高其力学性能[5]。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

本实验的材料主要有工业纯铝（99.7%），ZL102（含硅量12%），铝铜合金（含铜量40%），纯锌，铝锰合金（含锰量10%）。由于铝合金在熔炼过程中有产生气孔的强烈倾向，进而导致缩孔、缩松的缺陷，而且容易产生氢化夹杂。为了去除气体和防止氢化夹杂，需加入精炼剂对合金进行精炼，本实验采用六氯乙烷做为精炼剂,表1为未加变质剂前合金的成分。

本实验通过加入三种不同的变质剂来比较不同的变质剂对铝合金的细化效果。三种不同的变质剂为 RE（镧铈混合稀土），Al-Ti-B，Al-Sc合金（含w(Sc)量2%）。实验选用的稀土和铝钛硼变质剂均来自于徐州华中铝业有限公司。

表1 合金未变质前的成分

1.2 试验方法

将预先配好的金属材料，在坩埚电阻炉中进行熔炼，按照熔点由低到高依次加入金属及合金，升温至750℃待所有金属熔化后充分搅拌，加入六氯乙烷精炼除气，静置1～2 min扒渣，保温5 min，加入Mg并保温10 min，然后分别加入三种不同的变质剂，静置、扒渣，在700℃保温10 min，然后浇注到尺寸ø20 mm×80 mm的钢模中冷却至室温。

在各个试样同一位置截取10 mm×10 mm×20 mm的试样，在砂轮机上粗磨后，利用金相砂纸从60号磨到800号，再进行机械抛光、腐蚀、吹干。腐蚀液为0.5%的HF水溶液。在光学显微镜下观察显微组织，并拍取金相照片。

将上述试样的两个断面打磨平行，对试样的维氏硬度进行测试。每个试样测试三个点，所用载荷为3.5 kg，压头直径为5 mm，保压时间为15 s。卸除载荷利用显微镜测得的压痕直径，计算出试样的硬度值，并求其平均值。

2 实验结果及分析

2.1 变质剂对合金力学性能的影响

合金未变质前及经过三种变质剂的变质处理后的维氏硬度（HV）如图1示。

图1 变质处理对合金力学性能的影响

由图1可以看出，分别经过变质处理的合金硬度均比未经变质处理的合金硬度要高，其中，经铝钛硼变质的合金硬度最大，但是三种变质处理的合金硬度差别不是很大。

2.2 变质剂对合金组织的影响

（1）未经变质处理的合金微观组织

图2为未经变质处理的合金的金相组织，由图可以看出，铝硅合金是以共晶组织为基体，而初晶硅则分布在较软共晶组织之上。共晶组织由共晶Al和共晶Si组成，其中的共晶Si呈细长的针状，且在一定的区域内，针片状的共晶硅是互相平行的，它分布在共晶组织之中。如图，未经变质处理的合金的晶粒比较粗大，初晶硅呈现不规则的多边形，且边缘比较锋利。因而，合金的力学性能与变质处理过的合金有很大的差别。