6Al-10Sr中间合金冷却方式对A356共晶硅变质的影响

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李娅珍，赵维民，范学义，林晓娉，王志峰

（河北工业大学材料科学与工程学院，天津 300130）

摘要：分别在空气、冰水及液氮中冷却凝固 Al-10Sr 中间合金，用不同的 Al-10Sr 中间合金对 A356 铝合金进行变质

处理。通过 X 射线衍射分析（XRD）和扫面电子显微镜（SEM）等手段，研究了 Al-10Sr 中间合金的变质效果。结果表明：随着空气、冰水及液氮冷却速度的提高，Al-10Sr 变质效果增强，共晶硅变得更加细小。

关键词：A356 合金；变质；冷却方式；共晶 Si 相中图分类号：TG146.2+1；TG146.2+72；TG244+3 文献标识码：A

Effect of Different Al-10Sr Master Alloy Cooling Methods on Eutectic Silicon of A356

LI Ya-zhen，ZHAO Wei-min，FAN Xue-yi，LIN Xiao-ping,WANG Zhi-feng (School of Materials Science and Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130) Abstract: Al-10Sr master alloy was cooled and solidified under different conditions of air, ice water and liquid nitrogen. A356 aluninium alloy was separately modified by different Al-10Sr master alloy. The effect of modification was studied by XRD and SEM. The results indicated that the modification effect was improved and the grain size of the eutectic Si further deceased with the further increase of the cooling rate from the air to ice water and to liquid nitrogen. Key word: A356 alloy; modification; cooling method; eutectic Si A356 合金为 Al-Si 系多元合金，Al-Si 共晶中的硅相为粗大针片状，严重的割裂了合金基体，并在硅的尖端和棱角部位引起应力集中，合金易沿晶粒的边界或板片状硅本体开裂而形成裂纹，使合金力学性能显著降低。因此，当Al-Si 合金中硅含量（质量分数，下同）超过 6%时，一定要进行变质处理[1]，使共晶硅由粗大针片状细化成颗粒状，来改善合金的力学性能。20 世纪 80 年代初，美国和日本等国学者研究认为，锶是铝合金最理想的变质剂[2]，长效，不污染环境，不出现过变质，操作方便。而铝中间合金在制备过程中由于元素的加入方法、温度、保温时间、凝固条件及固态处理等因素的影响可以得到不同形态、不同尺寸以及在铝基体上不同分布的化合物。这种组织差异可能导致中间合金变质效果的显著差别。关于不同冷却方式对 Al-Sr 中间合金变质效果的文章报道很少，本文对不同冷却方式 Al-Sr 中间合金的变质效果进行了初步研究。

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试验方法

试验所用主要原材料为：Al-10 wt. % Sr 中间合金及 A356 铝合金。电感耦合等离子发散光谱法 (ICP-AES)测定 A356 铝合金成分分析结果见表 1。试验设备为 SG2-2.5-8A 型坩埚式电阻炉，石墨坩埚以及辅助设备。 1.1 不同冷却方式中间合金的制备先将坩埚式电阻炉升温至 500℃保温 10min 时间后加入 Al-10Sr 中间合金，视熔炼状态分段加热，熔化后用高纯石墨棒搅拌，待 740℃静置 1~2min 后通氩气精炼，扒渣，浇入铜模金属型，金属型分

别在空气、冰水、液氮三种氛围中冷却，获得不同冷却方式下φ10mm×135mm 的杆状铸件。距铸件底部 40mm 处截取φ10mm×10mm 的试样，观察表面经磨制、抛光，保证表面干净平整后用 Rigakd2500/PC X 射线衍射仪分析 Al-10Sr 中间合金的相组成。 1.2 变质效果的检验以 A356 铝合金为研究对象。先将坩埚式电阻炉升温至 500℃保温 10min 后，加

入 A356 铝合金，视熔炼状态分段加热，熔体温度为(750±5)℃时添加 Al-10Sr 中间合金。熔炼过程中通氩气进行精炼，熔体温度为(720±5)℃时浇入已预热 200℃金属型中，制得A356 合金棒体。对合金棒体进行 T6 热处理，热处理工艺为固溶处理（535±5）℃，保温 6h，淬火介质为水；时效处理（140±5）℃，保温 4h。距热处理后棒体底部 40mm 处取样，磨制抛光后用自制腐蚀剂（5ml HF+1.5ml HCl+2.5ml HNO3+ 91ml H2O）腐蚀试样，用 PHILIPS XL30 型扫描电子显微镜进行微观组织观察及分析。

表 1 A356 合金化学成分(wt.%) Table 1 Chemical composition of the A356 alloy (wt. %)

元素含量

Si 7.1

Mg 0.4

Ti 0.013

Mn 0.004

Cu 0.003

Fe 0.09

Al 余量

2

试验结果及分析

图 1 为不同冷却方式 Al-10Sr 中间合金的 XRD 图谱。可以看出：空冷的 Al-10Sr 中间合金主要相组成为α-Al 基体和 Al4Sr；冰水冷却的 Al-10Sr 中间合金 X 射线衍射峰的位置没有发生变化，这说明冰水冷却与空冷的 Al-10Sr 中间合金相组成相同（见图 1a 和图 1b）而液氮深冷的 Al-10Sr 中间；合金除了 Al 和 Al4Sr 外，还出现了新相 Sr，如图 1(c)所示。

(a)

(b)

(c)

（a）空冷

（b）冰水冷图 1 不同冷却方式 Al-10Sr 中间合金的 X 射线衍射谱 Fig. 1 XRD patterns of different cooling methods Al-10Sr master alloy

（c）液氮深冷

图 2(a)和图 2(b)分别是低倍和高倍未变质 A356 铝合金显微组织。由图 2(a)可以看出未变质 A356 铝合金显微组织由初晶α-Al 相和共晶（α-Al+Si）相组成。其中共晶硅沿α-Al 晶界析出，长成粗大的针状或板片状。由图 2(b)可以更清楚的看到粗大针、片状共晶硅形态，这种形状的脆性相严重地割裂了基体，降低合金的强度和塑性，因而必须对其进行变质处理，使之改变成有利的形态。

(a)

(b)

（a）低倍显微组织

（b）高倍显微组织图 2 未变质 A356 铝合金显微组织

Fig. 2 Microstructure of unmodified A356 aluminum alloy

图 3 是 A356 铝合金经不同冷却方式 Al-10Sr 中间合金变质后的显微组织。与未变质A356 铝合金显微组织（图 2）中共晶硅形态相比较，共晶硅形态发生了显著的变化，出现典型的变质组织。图 3(a)是空冷 Al-10Sr 中间合金变质 A356 铝合金显微组织，可以看出虽然共晶硅相存在部分长片状，如图 3(a)中箭头所指，但与未变质 A356 铝合金显微组

织（图 2）相比，其形态已由粗大针、片状变为短杆状，变质效果明显。图 3(b)是冰水冷却 Al-10Sr 中间合金变质 A356 铝合金显微组织，可以看出共晶硅多数呈短杆状或粒状，分布较均匀，变质效果增强。图 3(c)是液氮深冷 Al-10Sr 中间合金变质 A356 铝合金显微组织，可以看出共晶硅多数呈球状或粒状，且共晶硅颗粒变得更加细小，在α-Al 基体中分布更加均匀，变质效果进一步提高。

(a)

(b)

(c)

（a）Al-10Sr (空冷)

（b）Al-10Sr (冰水冷却) 图 3 变质处理后 A356 铝合金的显微组织 Fig. 3 The microstructure of modified A356 aluminum alloy

（c）Al-10Sr (液氮深冷)

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实验结果讨论

对于 Al-10Sr 中间合金已有大量的文献表明其组织形态对变质效果也有遗传性[3-6],即 Al-Sr 中间合金的组织形态也能带来变质效果的差异。冷却速度提高，过冷度随之增大，使合金组织得到细化；此外，冷速的提高也有利于合金化元素固溶度的增加[7]。所以不同冷却方式处理的 Al-10Sr 中间合金组织形态不同，其变质效果也不同。目前，还没有统一的变质机理学说，最为流行的变质理论是 1987 年在台阶生长机制的基础上， LU 和Hellawell 提出的杂质诱导孪晶理论。该理论认为：变质元素吸附在硅的生长台阶上，阻碍硅以台阶生长机制长成片状，而且变质元素的原子在硅相表面的吸附改变了硅原子的堆积次序，从而在硅晶体中造成大量孪晶的产生，共晶硅相转而以孪晶凹谷机制生长[8]，抑制硅相的生长，使共晶硅由粗大针片状变为细小纤维状或颗粒状。锶以游离态发挥变质作用[9]，而锶在 Al-10Sr 中间合金中以 A14Sr 化合物形式存在，当加入 A356 合金熔体中后，细小而弥散分布的 A14Sr 化合物会很快分解出游离态的锶发挥变质作用，从根本上改变硅相的生长方式，阻碍硅相的扩散。由空冷、冰水冷却到液氮深冷，随着冷却速度的提高，Al-10Sr 中间合金中 Al4Sr 相变得更加细小，且锶在铝中的固溶度增加，这与 X 射线衍射分析液氮深冷 Al-10Sr 中间合金中出现新相锶是一致的。所以，液氮深冷处理的 Al-10Sr 中间合金能在短时间内释放出更多游离态的锶，更充分地发挥锶地变质作用，此时共晶硅呈细小球状或粒状，均匀分布在α-Al 基体中。因此，由空冷、冰水冷却到液氮深冷，随着冷却速度地提高，Al-10Sr 中间合金对 A356 铝合金的变质效果增强。

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结论

(1)空冷和冰水冷却 Al-10Sr 中间合金主要相组成为 Al 和 Al4Sr，而液氮深冷处理Al-10Sr 中间合金除了 Al 和 Al4Sr 外，还出现了新相 Sr。 (2) 液氮深冷处理 Al-10Sr 中间合金变质 A356 中共晶硅相为细小粒状或球状，且分布均匀。 (3) 不同冷却方式的Al-10Sr 中间合金变质效果不同。在本文中经液氮深冷处理 Al-10Sr 中间合金对 A356 合金变质效果最好。

参考文献：

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Zhang, XIU FANGBian, YAN Wang. Microstructural characterization of a rapidly solidified Al-Sr-Ti alloy [J]. Materials Research Bulletin, 2002, 37: 2303-2314. [6] ZHONG HUANG Zhang, XIU FANGBian, YAN Wang. Growth of dendrites in a rapidly solidified Al-23Sr alloy [J]. Journal of Crystal Growth, 2002, 243: 531-538. [7] [8] [9] Jones H. Aluninum, 1978, 54: 274. Lu Shu-zu, Hellawell A. The mechanisms of silicon in Al-Si alloys crystal growth.1985, 73: 316-328. Alam Najafabadi M A，Ourdjini A, Elliott R. Impurity Modification of Aluminium-Silicon Eutectic Alloys. Cast Metals, 1995, 8 (1): 43-50.

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利用煤矸石生产硅铝合金的工艺研究

利用煤矸石生产硅铝合金的工艺研究 李晓波殷建华 山西丰喜肥业股份有限公司闻喜公司北京安泰科信息有限公司 摘要：本文论述了利用电热法加工煤矸石生产硅铝合金的基本原理及产品的主要用途，这为充分开发利用废弃的煤矸石找到了一条极好的途径。 关键词：煤矸石；硅铝合金；结壳带；吸附精炼法 1、概述 随着我国煤炭产量的增长，煤矸石的排除量不断增加。据全国性调查统计，截止1991 年底，我国煤矸石排出总量已达22亿吨以上，占地约17万亩。现在每年排出的煤矸石量为 1.3亿吨，占地约1万亩。煤矸石是夹在煤层中的矸石，由于储存在不同年代的地层中，故 其各种性能有所不同。但总的来说，煤矸石的主要矿物成分为粘土矿物、非粘土矿物。常见 的有磁铁矿、金红石、云母、有机物等，其有机物的发热量一般在3350~6280大卡/kg，硫 含量大部分为1%，少数为4%以上。煤矸石的化学成分，见表1。工业分析结果，见表2。 表1 煤矸石化学成分分析 项目 SiO2 Al2O3TiO2 CaO MgO K2O Na2O SO3P2O5 Fe2O3烧失 量 含量 （%）50.13 22.571.00 2.01 0.80 1.41 0.51 0.69 0.03 2.03 17.88 表2 煤矸石工业分析结果单位：% 项目水份灰份挥发份全硫固定碳发热量（KJ/kg）坩埚粘结性 数值1.42 83.62 11.35 0.98 5.94 5268 2 由表1、表2可以看出，煤矸石的化学成分与粘土的化学成分大致相似，主要为SiO2 和Al2O3这两种有用成分，其余均为次要成分。煤矸石的发热量一般在5268kJ/kg左右。因此，可利用其化学成分生产硅铝合金。该产品可作复合脱氧剂用于炼钢脱氧；用于制取共晶 硅铝合金；提取纯铝；制成锌铝合金用于钢材镀层；用作处理废水的絮凝剂；用作生产某些 金属的还原剂等。采用含铝35~60%的硅铝合金作还原剂与采用75%（含硅）的硅铁相比， 还原温度可降低50~100℃，生产能力可提高5%以上。 2、电热法制取硅铝合金的方法与原理 2.1.方法及特点 目前，电热法生产硅铝合金一般以含有氧化铝和氧化硅的矿物为原料，用碳质材料为还 原剂，经电炉熔炼直接制得。 在自然界中含有氧化铝和氧化硅的矿物广泛存在，如铝土矿、高岭土、粘土、蓝晶石、 硅线石和煤矸石等。矿物种类繁多，不仅大大扩展了原料来源，还可以解决一些废物的综合 利用问题。电热法硅铝合金是在矿热炉内熔炼的。矿热炉的有效功率可达80%以上。可使 用交流电源，电热法制取硅铝合金需在2000~2200℃的高温下进行，熔炼过程对炉料质量、

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Al晶粒的形核生长，这说明对铸造Al-Si合金仅变质处理是不够的，还有必要对枝晶进行等轴化和细化，消除这种组织对合金力学性能的不利影响。 本文采用了不同的变质剂对Al-15%Si合金进行变质处理，研究了变质处理对合金组织的影响规律，同时初步探讨变质剂对Al-Si合金的细化变质机理。 1、实验方案设计 1.1材料的选择 本实验的目的在于研究不同变质剂对于铝合金组织及其性能的影响，为了实验的顺利进行以及实验过程之中出现较少的干扰因素，选择二元Al-Si合金作为本次实验的研究对象，由于变质处理作用的主要机制在于改变铸态下的Si的形态、数量及其分布，再加之合金液体要具有相对较好的流动性，最终确定Al-15Si作为实验材料。 1.2实验设备 1)锭模的选择 由于实验的需要和操作过程的顺利进行，选择金属型模具。 2)熔炼设备 坩埚电阻炉、温度控制器、其它工具、石墨坩埚、石墨搅拌棒、配套的热电偶、天平、钟罩、撇渣勺、浇勺、夹钳等。 3)金像显微设备 金相显微镜，型号：ZEISS-Imager

铝硅合金的熔炼

铝硅合金的熔炼 冶金1班：郑伟1143081004 前言：从20世纪韧铝合金用于铸造工业以来，合金的成分有了很大的发展，合金的品种越来越丰富。早期使用的铸造铝台金含t3％2n和3％cu。这种合金在第一次世界大战前后用量很大，后来由于金屑型铸造的发展而被铝铜合金取代。同时，铝硅台金开始得到应用．铝镁合金也随之推出。 1919年，美国生产的铝合金铸件，97％以上由含8％cu的铝合金铸造。1933年，用这种合金生产的铸件仍占铝合金铸件的50％左右。除了在铸态下使用的合金外，后来又开发出可以热处理的铝锅台金，含大约4％cu o 随着金屑型铸造和压铸工艺的发展，铝硅合金得到广泛应用。近年来，在铸造领域应用的铝合金，除了铝硅系列合金之外，还有铝锅系列、铝镁系列、铝锌系列和其他系列的铝合金。在这些系列的合金中，除了少数的二元合金外，大多数都是添加多种合金元素的多元合金。 摘要：铝硅合金熔炼性质工艺流程 正文： 铝硅系列合金具有良好的铸造性能，较小的线胀系数，耐磨性能好，气密性也很好。这种合金被广泛地应用于铸造复杂的铸件，如汽车发动机铸件等。 铝的国家标准 铸造铝合金生产中所用的铝包括电解原铝重熔用铝锭和一定数量的再生铝。有些牌号的铸造铝合金要以电解原铝为原料，有些牌号则可以用大部分再生铝和小部分电解原铝作原料．有些牌号甚至可以完全用再生铝作原料。 电解原铝是用冰品石—氧化铝熔融盐电解法生产的。自中华人民共和国成立以来，我国的电解铝工业从无到有p生产技术和铝产量都有很大发展。1999年我国铝的总产量已达265万吨，跃居世界第三位，仅次于美国和俄罗斯。2003年我国铝的总产量达到542万吨，居世界首位。但是．我国铝的人均占有量还很少。 硅的国家标准 我国工业硅必须符合国家标憋哪288l一91，工业硅厂工业硅的内控标准如表2.4,2．5所示。

铝合金熔炼工艺流程和操作工艺

铝合金熔炼工艺流程和操作工艺(一) 装料 熔炼时，装入炉料的顺序和方法不仅关系到熔炼的时间、金属的烧损、热能消耗，还会影响到金属熔体的质量和炉子的使用寿命。装料的原则有： 1、装炉料顺序应合理。正确的装料要根据所加入炉料性质与状态而定，而且还应考虑到最快的熔化速度，最少的烧损以及准确的化学成分控制。 装料时，先装小块或薄片废料，铝锭和大块料装在中间，最后装中间合金。熔点易氧化的中间合金装在中下层。所装入的炉料应当在熔池中均匀分布，防止偏重。 小块或薄板料装在熔池下层，这样可减少烧损，同时还可以保护炉体免受大块料的直接冲击而损坏。中间合金有的熔点高，如AL-NI和AL-MN合金的熔点为750-800℃，装在上层，由于炉内上部温度高容易熔化，也有充分的时间扩散；使中间合金分布均匀，则有利于熔体的成分控制。 炉料装平，各处熔化速度相差不多这样可以防止偏重时造成的局部金属过热。 炉料应进量一次入炉，二次或多次加料会增加非金属夹杂物及含气量。 2、对于质量要求高的产品（包括锻件、模锻件、空心大梁和大梁型材等）的炉料除上述的装料要求外，在装料前必须向熔池内撒20-30kg粉状熔剂，在装炉过程中对炉料要分层撒粉状熔剂，这样可提高炉体的纯洁度，也可以减少损耗。 3、电炉装料时，应注意炉料最高点距电阻丝的距离不得少于100mm，否则容易引起短路。 熔化 炉料装完后即可升温。熔化是从固态转变为液态的过程。这一过程的好坏，对产品质量有决定性的影响。 A、覆盖 熔化过程中随着炉料温度的升高，特别是当炉料开始熔化后，金属外层表面所覆盖的氧化膜很容易破裂，将逐渐失去保护作用。气体在这时候很容易侵入，造成内部金属的进一步氧化。并且已熔化的液体或液流要向炉底流动，当液滴或液流进入底部汇集起来时，其表面的氧化膜就会混入熔体中。所以为了防止金属进一步氧化和减少进入熔体的氧化膜，在炉料软化下塌时，应适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖，其用量见表。这样也可以减少熔化过程中的金属吸气。 覆盖剂种类及用量 炉型及制品电气熔炼煤气炉熔炼 覆盖剂用量普通制品特殊制品普通制品特殊制品 （占投量） /% 0.4-0.5 0.5-0.6 1-2 2-4 覆盖剂种类粉状熔剂 Kcl：Nacl按1：1混合 B、加铜、加锌 当炉料熔化一部分后，即可向液体中均匀加入锌锭或铜板，以熔池中的熔体刚好能淹没住锌锭和铜板为宜。 这时应强调的是，铜板的熔点为1083℃，在铝合金熔炼温度范围内，铜是溶解在铝合金熔体中。因此，铜板如果加得过早，熔体未能将其盖住，这样将增加铜板的烧损；反之如果加得过晚，铜板来不及溶解和扩散，将延长熔化时间，影响合金的化学成分控制。 电炉熔炼时，应尽量避免更换电阻丝带，以防脏物落入熔体中，污染金属。 C、搅动熔体 熔化过程中应注意防止熔体过热，特别是天然气炉（或煤气炉）熔炼时炉膛温度高达1200℃，在这样高的温度下容易产生局部过热。为此当炉料熔化之后，应适当搅动熔体，以使熔池里各处温度均匀一致，同时也利于加速熔化.

过共晶铝硅合金中铝硅共晶相取向关系

２００９年第１期曾斌，刘奇元：过共晶铝硅合金中铝硅共晶相取向关系 ?５１? 共晶硅。因此当我们需要确定两相的取向关系时，还需要得到硅相的衍射斑点，于是将电子束移至单一共晶硅时，共晶硅的所有斑点都显示出来了。即图 （ａ）两相区选区衍射（＾１）ｌｂ，图１ｂ中共晶硅与图１ａ中共晶硅的衍射斑点相同。利用这两副衍射斑点图，我们可以得到共晶铝硅相的取向关系。 （ｂ）单—硅相选区衍射 ２．１标定图１ａ中共晶铝的衍射斑点图 对照面心立方特征平行四边形表： （１）在基体衍射斑点叠 １３１５１６１］㈣晶带轴ＲＩ毪２，爪／Ｒ１：＝１．．０。００，，ＲＩ玛３／能Ｒ２：－－１．．。０２０： Ｒ１＝２０．５３；Ｒ２＝２０．７７；Ｒ３＝２０．８２ 、～．。。９●………．… …。。’．二～……。ｉ． １毪瓜ｌ：１名１０：Ｒ３瓜１二１．０１４ ’因为衍射斑点６次对称，所以排除［３５６］晶带轴 （ａ）标定前（＾１）田２共昌铝选区衍射 （２）验证标定的指数 Ｌ＝８００ｍｍ，加速电压Ｕ＝１００ｋＶ，查表得到波长＝０．０３７埃 ①当晶带轴取［１１１］时，代入Ｌｋ＝Ｒｄ代入得到ｄ＝１．４４１Ａ 查表ａ－－ｄ×２．８２８ ａ＝４．０７７Ａ ②当晶带轴取［３５６Ｊ时，代入Ｌ入＝Ｒｄ代入得到ｄ＝ｄ＝１．４４１Ａ 查表ｆｌ＝ｄ×４．３５９ ａ＝６．２８１Ａ Ａｌ的晶体点阵常数４．０４９６／ｋ可以排除Ｃ３５６］晶带轴 斑点晶带轴指数为［１１１］，斑点指数分别为Ｒ１（２０２），Ｒ２（０２２） （ｂ）标定后（＾１） ２．２标定图ｌｂ中共晶硅的衍射斑点图 （１）在基体衍射斑点中， Ｒ１＝９．４５，Ｒ２＝９．５３，Ｒ３＝１０．８ Ｉ毪瓜１＝１．００８，Ｒ３／Ｒ１＝１．１４３， ［０１１］晶带轴Ｒ２／Ｒ１＝１．０００。Ｒ３／Ｒ２＝１．１５５所以Ｒ１（１１１）Ｉ毪（１１１）（２）验证标定的指数 Ｌ＝８００ｍｍ，加速电压Ｕ＝１００ｋＶ，查表得到波长＝０．０３７埃 Ｌｋ＝Ｒｄ代人得到ｄ＝３．１３２Ａ查表ａ／１．７３２＝ｄａ＝５．４２５Ａ Ｓｉ的晶体点阵常数５．４２８Ａ

6班-铝硅合金的细化和变质处理实验报告

1．实验目的 1)熟悉铸造铝硅合金的熔炼、精炼、细化和变质处理的过程； 2)掌握铸造铝硅合金精炼、细化和编制处理的基本原理及方法； 3)掌握细化剂和变质剂对铸造铝硅合金的影响。 2．实验内容 1)对熔融的Al-7Si合金进行细化处理； 2)对熔融的Al-7Si合金进行变质处理； 3)在光学显微镜下观察，评价合金的细化和变质处理效果。 3．实验原理 3.1 铝硅合金晶粒细化技术及其机理 铸造铝合金铸态时通常呈现三种不同的晶粒状态：等轴晶、柱状晶和枝状晶。有目的地一直柱状晶和枝状晶生长，促进细小等轴晶形成，这种工艺过程就叫做晶粒细化处理。 晶粒细化是通过控制晶体的形核和长大来实现的。细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。而形核质点主要有两种来源：一是包括快速凝固法、动力学方法和成分过冷法等的内生形核质点，二是向熔体中添加晶粒细化剂的外来形核质点。目前，添加细化剂成为生产过程中最有效、最实用的方法。对于铝硅合金，通常将细化元素Ti、B以中间合金的形式加入熔体来实现晶粒的细化。 3.2 铝硅合金变质处理技术及其机理 铝硅合金中，由于Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，严重的割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而必须采用变质处理工艺，使共晶硅形貌发生变化，提高合金性能。 4．实验步骤 1)在两个Al2O3坩埚中分别加入1000g的铝硅合金原料，在电阻炉中升温至720℃，溶化 后保温1小时以促进成分的均匀化； 2)对精炼处理后的Al-7Si合金教主一组试样； 3)向一个坩埚中加入0.03%的B进行晶粒细化处理； 4)向另一个坩埚中加入0.03%的Sr进行变质处理； 5)1-2人为一组，每个20-30分钟以组为单位浇注试样，为充分观察细化和变质处理的孕

铝合金细化剂的研究现状及其中共晶硅的变质研究现状

铝合金细化剂的研究现状及其中共晶硅的变质研究现状 目前人们已经对铝合金有了较多的认识甚至是较深入的了解，通常人们为了提高铝合金的力学性能，通常要对铸铝中的初生硅相经行处理，晶粒细化剂是铝合金生产中常用的添加剂之一能显著提高铝合金的力学性能和机械加工性能对铝合金的生产具有十分重要的意义。根据Hall-Petch公式可知材料的屈服强度和材料的晶粒大小成反比，细小的晶粒尺寸可以有效地提高材料的强度和韧性，同时改善合金的机械加工性能对于铝在各行业的应用均具有重要的意义。目前，细化铝合金晶粒的方法主要包括以下4种方法：1、控制金属凝固时的冷却速度; 2、机械物理细化法包括机械振动机械搅拌等物理场细化法; 3、如电场磁场超声波处理等; 4、化学细化法,向合金中加入各种晶粒细化剂促进铝及合金的形核或抑制晶核长大。在工业生产中细化晶粒尺寸最常用的方法是化学细化法即在熔融的铝液中加入晶粒细化剂起到异质形核的作用进而细化晶粒尺寸。20世纪四五十年代，晶粒细化剂起源于英国的Cibula金属研究协会，这时的细化剂主要是Ti、B盐块剂。20世纪60年代由于无芯感应炉的应用中间合金的生产及应用取得飞速发展相继出现了Al-Ti-B锭华夫锭等相关产品，20世纪70年代是铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B丝有效提高了晶粒细化效果降低了细化剂的加入量，同时改善了TiB2在炉内的团聚现象。在20世纪七八十年代晶粒细化剂生产工业的研究方向主要是通过改善Ti/B配比优化细化效果。20世纪90年代细化剂的生产开始采用ISO9002为基准的技术措施大大提高了Al-Ti-B的细化效果，同时由于硼化物仍然存在一定的团聚现象，影响细化剂的使用效果，从而采用一定量的石墨代替细化剂中的B制得的Al-Ti-B中间合金不仅具有较好的细化效果同时避免了硼元素的团聚现象。现在常用的细化剂有Al-Ti-B中间合金、Al-Ti-B-RE、Al-5Ti-1C中间合金。目前工业生产中使用的晶粒细化剂主要为Al-Ti-B，这种细化剂制备工艺较为成熟质量日益提高具有较好的细化效果，但存在TiB2团聚等问题仍需要不断改进作为改善Al-Ti-B细化效果，作为改善Al-Ti-B细化效果的Al-Ti-C和Al-Ti-B-RE细化剂也逐渐进入铝合金生产企业的视野，但是Al-Ti-C的制备过程复杂成本较高在现有条件下并不适合大规模工业生产，而Al-Ti-B-RE中由于加入了RE 元素导致其细化机理和工艺复杂化。因此仍需进一步探索以使其能够达到最佳的细化效果。 无论是亚共晶还是过共晶铝合金，对共晶硅的变质处理能显著改善铸铝的铸造及力学性能。作为变质剂，Na变质能力强，但存在变质衰退快及过变质等问题。Sr具有较好的变质能力，同时变质有效期长，没有明显的过变质问题，其变质孕育期的长短主要与合金中的磷的含量有关。Sb变质具有长效性，重熔后仍然具有变质的能力，但变质效果较差，其变质机理与Na和Sr不同。但就是同样的物质处理工艺过程不一样，变质的效果不一样，比如，过共晶铝硅合金新型变质剂不同变质时间及添加顺序对变质效果的影响时效性实验表明:自制新型变质剂对过共晶铝硅合金具有良好的变质效果; 在15min～120min内，共晶硅得到了更好的变质效果，呈细小的短杆状粒状，端部圆滑，均匀紧密，弥散分布在Al 基体上; 在15min～120min内，随时间的延长，初生硅的形状先统一规则，呈板块状，分布均匀，棱角钝化，平均尺寸较小，达到18um，然后初生硅形状不再统一规则，平均尺寸变大;复合变质剂中的Ti∶C、Sr盐Ca盐变质作用在15min内变质效果不大，在45min后开始失效; 而Cu盐和稀土起短效变质作用;复合变质剂较优加入顺序为: 在加入复合变质剂中的Ti: C、Sr 盐Ca盐45min时，再加入Cu盐和稀土具有良好的变质效果。再比如过共晶中对于复合变质剂的加入顺序、加入量以及变质的长效性。试验发现:PM和Sr复合变质剂的加入顺序对过共晶铝硅合金A3- 90变质效果影响很大,先加入PM变质剂,后加入Sr变质剂,变质后初晶硅呈现开花状形貌,共晶硅为细小的圆点状;先加入Sr变质剂,后加入PM变质剂,初晶硅变质效果明显优于单独PM变质效果。加入PM质量分数为1%时,Al -10Sr变质剂的最佳加入量

铝合金精炼

典型铝合金熔炼工艺 ?2013-11-19 11:18:57 ?来源：中铝网 ?我要评论 随着科学技术的发展，汽车、造船、航空、航天及其他制造业对铝合金铸件的品质要求也愈来愈高，除了保证化学成分、力学性能和尺寸精度外，不允许铸件有气孔、缩孔等缺陷。而铝合金的熔炼则是铸件生产过程中的一个很重要的工序。多年来的生产经验证明，熔炼工艺过程控制不严，铸件很容易产生针孔、氧化夹渣、缩松等缺陷，直接影响铸件质量。因此，要想获得优质铝合金铸件，必须严格控制熔炼工艺。 一、熔炼前的准备 1.严格控制炉料质量。炉料质量是铸造生产的源头，直接影响到最终铸件的质量，成分不合格导致产品成批性报废。因此，要高度重视。 必须做到: ①严格控制炉料中新旧炉料的比例，回炉料所占炉料质量百分比应小于等于70%; ②保证炉料干净，炉料需经吹砂后使用;

③三等回炉料枷浇冒口匀使用前应经重熔精炼处理; ④炉料应充分预热，去除水分、油污等杂质; ⑤由于铭合金有铝硅类、铝铜类、铝镁类等合金，合金牌号较多，使用的元素也比较多，且互相影响，要求严格管理，不可混料; ⑥配料、称量要准确，比如ZL104合金，考虑到除气、排渣及变质过程中的损耗，Mg元素应在实际配料时多加炉料质量的 0.02%-0.03%，才能保证铸件的化学成分。 2.熔炼工具。熔炼使用的址涓及熔炼工具须清理干净且涂上涂料，以保证使用时与铝合金有效隔离，减少合金液受到杂质污染，并且需要充分预热，址涓要烘烤至暗红色再加入炉料熔炼，以防水蒸气带入合金中使合金的气体增加、针孔度增加。 3.其他工作。严格按已制订好的工艺规范作好覆盖剂、精炼剂及变质剂的准备工作。 二、熔炼操作 熔炼步骤如下。 ①装料。在预热后的柑A中装入预制合金锭、优质回炉料，再加中fol合金，最后加合金元素。 ②温度控制。严格控制铝合金熔炼的温度，只有合适的温度才能获得高质量的合金液，避免过热。若温度过高，会加大合金中各种元

ZL101A铝合金变质效果研究

ZL101A铝合金变质效果研究 铝硅合金在消失模铸造铝合金运用中占有重要位置。而消失模铸造铝合金中，由于初晶硅相、共晶硅相大量存在，以及铝元素的吸氢特性，导致铝合金铸件多种铸造缺陷及铸件机械强度不够。本文通过实验并经过金相检验及力学性能测试证明，在铸造过程中添加变质剂能有效的改善这些问题。 标签：铝合金变质；消失模铸造；金相检验 1 变质处理 铝合金变质处理就是，在铝合金熔铸过程中，加入别的元素，通过这些元素作用于合金中的金属相，使其凝结过程发生一定变化，从而达到细化晶粒或者改变晶粒的形态的作用。现在铸造工业中，选用的变质剂种类比较多，主要有Na 盐、K盐、Be盐、稀土类、还有Sr元素等。变质方式主要有以下三种：a.改变、细化初晶硅；b.细化、改变共晶硅；c.改变杂质相。本文所研究的是钠盐和锶合金（含锶10%）对ZL 101A的变质效果。 2 实验 2.1 实验方案 2.1.1 按照日常生产配料熔炼铝水，待铝锭、配料完全溶解，熔炼结束后按照生产工艺继续铝水精炼，精炼结束后将铝水自熔炼炉导入保温炉（在铝水流入保温炉的过程中加入变质剂）待温度达到720℃后保温1小时，在特定的磨具中浇铸检测试样，并浇铸2组（每组3根）拉力试棒。未变质的标注a，钠盐变质为b，锶变质为c。拉力试棒也依次标注a，b，c。 2.1.2 在相同的冷却条件下，待试样完全凝结冷却后，在试样相同部位截取相同长度的试块，并做好标识。拉力试棒的加工按铝合金拉力试棒标准加工车制。 2.1.3 对试样a，b，c进行加磨制，抛光，腐蚀加工，进行金相检测，硬度检测，拉力试棒进行抗拉测试。 2.1.4 对检测结果进行分析研究。 2.2 实验过程及结果 3结束语 金相图片显示，通过钠盐或者锶变质共晶硅的形态基本都被细化了，铝合金的机械性能和硬度得到良好的改善提高。另外该次实验的生产条件下锶合金的变质效果要比钠盐的变质效果好一点，钠盐的变质效果比较缓慢一点，金相图片显

铝合金的变质

铝合金的变质 铝合金 1）钠盐变质剂变质方法 Na可使共晶硅的结晶由短圆针状变为细粒状，并降低共晶温度，增加过冷度，细化晶粒。其细化效果，对冷的慢的砂型、石膏型铸件而言比较好，还有分散铸件（铸锭）缩窝的作用，这对要求气密性好的铸件有重要的作用。钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，其缺点是：钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以Al-Mg系合金和含Mg量高于2%的Al-Si 合金，一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象 2）铝锶中间合金变质法 这是国外使用的较多的一种长效变质方法。加入量为炉料总重量的0.04-0.05%的Sr。其优点是变质效果比钠盐好，氧化烧损也比钠盐小，有效变质持续时间长，对坩埚的腐蚀性也比钠盐小，因而可使坩埚的使用寿命延长。这种变质法操作也比使用钠盐安全卫生，不产生对人体和环境有害的气体，变质效果也比钠盐好，一般有80-90%的良好变质合格率。其缺点是：成本比钠盐高，要预先配制成中间合金（否则就要采用锶盐变质剂），没有钠 盐那样的有分散铸件缩窝的作用。 3）铝锑中间合金变质法 这种方法也是用的较多的一种长效变质方法。加入量为炉料总重量的0.2-0.3%的Sb，可获得长效变质效果，即使到铝合金重熔，此变质效果仍起作用。其变质效果与合金的冷却速度有关，冷却速度快（如在金属型中铸造），变质效果好；冷却速度慢（如在石膏型、砂型中铸造），则变质效果差。但应注意，已经过钠盐或锶盐或铝锶中间合金变质过的铝合金不能再加Sb来变质，因为这样会形成Na3Sb化合物而使合金的晶粒粗大、性能变坏， 从而反使钠、锶的变质效果降低。 4）SR813磷复合细化剂和SR814磷盐复合细化剂孕育法 这是近年开发的一种适合过共晶型铝硅合金的初晶Si的细化剂。因为P在铝合金液中形成AlP的微细结晶核种，细化晶粒的效果很好，有效持续孕育时间也长，但它会与Na、Sr、Sb形成化合物，降低它们对共晶硅结晶的细化效果，所以，已经使用Na、Sr、Sb作过变质 处理的铝合金，不要再加P来作变质处理。 5）铝钛中间合金变质法 其中含有4%左右的钛，钛是细化晶粒效果很好的元素，形成的TiAl3成为初晶α枝晶的异质结晶核种，能有效地细化晶粒和防止铸造裂纹，对易产生铸造裂纹的Al-Cu-Mg合金（如ZL207）很合适。由于钛量太多，又是通过与炉料一起熔化、扩散、融合来细化晶粒的，故其细化效果虽没有钛硼熔剂好，但仍可达到一级晶粒的效果。其次是TiAl3的密度比铝合

铸造铝合金熔炼工艺

铸造铝合金熔炼工艺 1工艺适用范围本熔炼工艺适用于砂型和金属型铸造ZL101A 合金的熔炼，可针对于重力铸造、低压铸造、倾转浇注、调压铸造等成型工艺使用。 本工艺可作为ZL101A 合金熔炼的母工艺，针对某一特定的成型工艺，如需特殊指出，可在此工艺基础上形成相应熔炼工艺，但不允许与母工艺相互冲突。 2工艺文件的抄报与保存工艺文件抄报、抄送范围：总师、副总师、技术部、质量部。工艺文件保存范围：电子文件备份和纸质文件送档案室保存，技术部、质量部各存一份使用文件。 3工艺详细内容 3.1熔炼设备、工具的选择及对后续熔炼质量的影响 3.1.1铝合金料熔化设备规定使用熔炼设备范围为：坩埚电阻炉，燃气连续熔化炉。对于金属型铸造可采用两种熔炼设备，使用燃气连续熔化炉熔化铝液，然后转包到坩埚电阻炉进行后续处理（精炼及变质）；也可使用坩埚电阻炉熔化铝液及进行后续处理（精炼及变质）。 如采用金属型低压铸造、调压铸造成型工艺，可使用侧面开口注入铝液的机下炉进行连续生产。 采用坩埚电阻炉熔化铝液，铝液温度控制750℃以下，熔化过程的铝液吸气较少；采用燃气连续熔化炉熔化铝液，铝液温度控制容易超750℃，熔化过程的铝液吸气倾向较大。

3.1.2熔炼工具的选择及准备 熔炼前熔炼工具的准备对铝液熔炼质量影响较大，坩埚采用石墨及SiC 材质，使用前需进行预热烘干，烘干工艺如图1；如采用金属材质坩埚，最好选用不锈钢材质，如选用铸铁材质坩埚，以合金球墨铸铁为好。常用的浇包、浇勺等多采用不锈钢制作。 及工具进行喷砂处理，去除表面的铁锈及污物，然后预热到120～180 ℃，逐层喷涂，浇包、浇勺的涂料厚度0.3～0.8mm 为宜，坩埚涂料可稍厚一些。涂料最好选用专用的金属型非水基涂料，也可自行配制，基本配方如表1 所示，使用前涂料需预热到５０～９0 ℃。 表1 涂料配方 3.1.3炉料的存放与处理， 熔炼所使用的炉料需存放在干燥、不易混淆和污染的地方，铝

6063铝合金铸锭的生产工艺及详细流程

6063铝合金铸锭的生产工艺及详细流程 一．Al-Mg-Si系合金的基本特点： 6063铝合金的化学成份在GB/T5237-93标准中为0．2-0．6％的硅、 0．45-0．9％的镁、铁的最高限量为0. 35％，其余杂质元素(Cu、Mn、 Zr、Cr等)均小于0．1％。这个成份范围很宽，它还有很大选择余地。 6063铝合金是属铝-镁-硅系列可热处理强化型铝合金，在AL-Mg-Si 组成的三元系中，没有三元化合物，只有两个二元化合物Mg2Si和M g2Al3，以α(Al)-Mg2Si伪二元截面为分界，构成两个三元系，α(Al)- Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3，如图一、田二所示： 在Al-Mg-Si系合金中，主要强化相是Mg2Si，合金在淬火时，固溶 于基体中的Mg2Si越多，时效后的合金强度就越高，反之，则越低， 如图2所示，在α(Al)-Mg2Si伪二元相图上，共晶温度为595℃，Mg 2Si的最大溶解度是1．85％，在500℃时为1. 05％，由此可见，温 度对Mg2Si在Al中的固溶度影响很大，淬火温度越高，时效后的强 度越高，反之，淬火温度越低，时效后的强度就越低。有些铝型材厂 生产的型材化学成份合格，强度却达不到要求，原因就是铝捧加热温 度不够或外热内冷，造成型材淬火温度太低所致。 在Al-Mg-Si合金系列中，强化相Mg2Si的镁硅重量比为1．73，如 果合金中有过剩的镁(即Mg：Si＞1. 73)，镁会降低Mg2Si在铝中的 固溶度，从而降低Mg2Si在合金中的强化效果。如果合金中存在过剩 的硅，即Mg：Si＜1．73，则硅对Mg2Si在铝中的固溶度没有影响， 由此可见，要得到较高强度的合金，必须Mg：Si＜1．73。 二．合金成份的选择 1．合金元素含量的选择 6063合金成份有一个很宽的范围，具体成份除了要考虑机械性能、加 工性能外，还要考虑表面处理性能，即型材如何进行表面处理和要得 到什么样的表面。例如，要生产磨砂料，Mg/Si应小一些为好，一般 选择在Mg/Si=1-1．3范围，这是因为有较多相对过剩的Si，有利于 型材得到砂状表面；若生产光亮材、着色材和电泳涂漆材，Mg/Si在 1．5-1．7范围为好，这是因为有较少过剩硅，型材抗蚀性好，容易 得到光亮的表面。 另外，铝型材的挤压温度一般选在480℃左右，因此，合金元素镁硅 总量应在1．0％左右，因为在500℃时，Mg2Si在铝中的固溶度只有 1．05％，过高的合金元素含量会导致在淬火时Mg2Si不能全部溶入 基体，有较多的末溶解Mg2Si相，这些Mg2Si相对合金的强度没有 多少作用，反而会影响型材表面处理性能，给型材的氧化、着色(或涂

铝硅合金的熔铸及变质

铝硅合金熔铸及组织分析（一、二） 一、实验目的： 1、了解及学习合金的熔铸全过程； 2、掌握铝硅合金的变质处理； 3、学会分析铝硅合金变质前后显微组织特征及性能； 二、实验说明： 在铸造合金中，以Ai—Si共晶为基的合金是最常用的，这主要是因为铸造性能好，硅在结晶时象石墨一样体积是膨胀的，收缩小，降低了铸件的热裂倾向，此外线膨胀系数很低，导热性好，广泛用于制造内燃机和压缩机的活塞。并且经过变质处理以后，可以提高强度和韧性。 三、实验内容： 铝硅合金是应用最广泛的一种铸造合金，常称为硅铝明，典型牌号为ZL102、含硅11—13％，从Ai—Si合金相图可知，其成分在共晶点附近，而具有良好的铸造性能。当硅含量大于共晶成分时，铸造后得到的组织为粗大的针状硅和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体的初生硅晶体组成。粗大的硅晶体极脆，严重地降低了合金的塑性，为了改善合金的性能，可采用变质处理。即在浇注前加入占合金总量2—3％变质剂（常用的变质剂为2∕3NaF+1∕3NaCl的混合物）。由于钠能促进硅晶体的形核，并能吸附在硅的周围阻碍硅晶体的长大，使合金组织细化。同时使合金的共晶点右移，而使原成分合金变为亚共晶，使变质后的合金组织成为初生α固溶体和细密共晶体（α+Si）组成。由于共晶体中硅的细化，而使合金的强度与塑性显著改变。 四、实验程序 加入金属硅 ↘ 1、配料→熔化金属铝→700—750℃→待硅熔化后进行搅拌→静置5分钟后→进行浇注。 加入金属硅加入变质剂 ↘↘ 2、配料→熔化金属铝→700—750℃→待硅熔化后→进行搅拌→静置5分钟后→进行浇注。 3、磨制金相试样，观察及分析金相组织； （1）、未经变质处理的组织：粗大的针状硅和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体的初生硅晶体。即（α+Si针状）共晶体+Si块。 （2）、经变质处理的组织：初生α固溶体和细密共晶体，即α+（α+Si点状）共晶体 （3）分别测定变质前后两种合金的布氏硬度值。 在本实验中，熔铸部分为前半部分（一），金相样品的制备和组织分析为后半部分（二） 五、实验任务与要求： 1、说明合金实验方案及成分设计的要求。 2、绘出铝硅合金变质前后的金相组织。绘在一个直径30mm的圆内并注明材料、状态、 组织、放大倍数、浸蚀剂。 3、测定变质前后的试样的硬度，分析组织及性能之间的关系。

铸造铝合金熔炼工艺

铸造铝合金熔炼工艺 1工艺适用范围 本熔炼工艺适用于砂型和金属型铸造ZL101A合金的熔炼，可针对于重力铸造、低压铸造、倾转浇注、调压铸造等成型工艺使用。 本工艺可作为ZL101A合金熔炼的母工艺，针对某一特定的成型工艺，如需特殊指出，可在此工艺基础上形成相应熔炼工艺，但不允许与母工艺相互冲突。 2工艺文件的抄报与保存 工艺文件抄报、抄送范围：总师、副总师、技术部、质量部。 工艺文件保存范围：电子文件备份和纸质文件送档案室保存，技术部、质量部各存一份使用文件。 3 工艺详细内容 3.1熔炼设备、工具的选择及对后续熔炼质量的影响 3.1.1 铝合金料熔化设备 规定使用熔炼设备范围为：坩埚电阻炉，燃气连续熔化炉。 对于金属型铸造可采用两种熔炼设备，使用燃气连续熔化炉熔化铝液，然后转包到坩埚电阻炉进行后续处理（精炼及变质）；也可使用坩埚电阻炉熔化铝液及进行后续处理（精炼及变质）。 如采用金属型低压铸造、调压铸造成型工艺，可使用侧面开口注入铝液的机下炉进行连续生产。 采用坩埚电阻炉熔化铝液，铝液温度控制750℃以下，熔化过程的铝液吸气较少；采用燃气连续熔化炉熔化铝液，铝液温度控制容易

超750℃，熔化过程的铝液吸气倾向较大。 3.1.2熔炼工具的选择及准备 熔炼前熔炼工具的准备对铝液熔炼质量影响较大，坩埚采用石墨及SiC材质，使用前需进行预热烘干，烘干工艺如图1；如采用金属材质坩埚，最好选用不锈钢材质，如选用铸铁材质坩埚，以合金球墨铸铁为好。常用的浇包、浇勺等多采用不锈钢制作。 图1 新坩埚使用前烘干工艺 上述所选择的工具，使用前均需涂刷涂料，涂刷涂料前要对坩埚及工具进行喷砂处理，去除表面的铁锈及污物，然后预热到120～180 ℃，逐层喷涂，浇包、浇勺的涂料厚度0.3～0.8mm为宜，坩埚涂料可稍厚一些。涂料最好选用专用的金属型非水基涂料，也可自行配制，基本配方如表1所示，使用前涂料需预热到５０～９0 ℃。 3.1.3炉料的存放与处理，

铝合金熔炼与铸造工艺规范与流程

铝合金熔炼与铸造工艺规范与流程 资料来源：全球铝业网铝业知识频道 一、铝合金熔炼规范 （1）总则 ①按本文件生产的铸件，其化学成分和力学性能应符合GB/T9438-1999《铝合金铸件》、JISH5202-1999《铝合金铸件》、ASTMB108-03a《铝合金金属型铸件》、GB/T15115-1994《压铸铝合金》、JISH5302-2006《铝合金压铸件》、ASTMB85-03《铝合金压铸件》、EN1706-1998《铸造铝合金》等标准的规定。 ②本文件所指的铝合金熔炼，系在电阻炉、感应炉及煤气（天然气）炉内进行。一般采取石墨坩埚或铸铁坩埚。铸铁坩埚须进行液体渗铝。 （2）配料及炉料 1）配料计算 ①镁的配料计算量：用氯盐精炼时，应取上限，用无公害精炼剂精炼时，可适当减少；也可根据实际情况调整加镁量。 ②铝合金压铸时，为了减少压铸时粘模现象，允许适当提高铁含量，但不得超过有关标准的规定。 2）金属材料及回炉料 ①新金属材料 铝锭：GB/T1196－2002《重熔用铝锭》 铝硅合金锭：GB/T8734-2000《铸造铝硅合金锭》 镁锭：GB3499-1983《镁锭》 铝铜中间合金：YS/T282-2000《铝中间合金锭》 铝锰中间合金：YS/T282-2000《铝中间合金锭》

各牌号的预制合金锭：GB/T8733-2000《铸造铝合金锭》、JISH2117-1984《铸件用再生铝合金锭》、ASTMB197-03《铸造铝合金锭》、JISH2118-2000《压铸铝合金锭》、EN1676-1996《铸造铝合金锭》等。 ②回炉料 包括化学成分明确的废铸件、浇冒口和坩埚底剩料，以及溢流槽和飞边等破碎的重熔锭。 回炉料的用量一般不超过80％，其中破碎重熔料不超过30％；对于不重要的铸件可全部使用回炉料；对于有特殊要求（气密性等）的铸件回炉料用量不超过50%。 3）清除污物 为提高产品质量，必须清除炉料表面的脏物、油污、废铸件上的镶嵌件，应在熔炼前除去（可用一个熔炼炉专门去除镶嵌件）。 4）炉料预热 预热一般为350～450℃下保温2～4h。Zn、Mg、RE在200～250℃下保温2～4h。在保证坩埚涂料完整和充分预热的情况下，除Zn、Mg、Sr、Cd及RE等易燃材料外的炉料允许随炉预热。 （3）精炼剂准备 ①铝合金的精炼一般采用六氯乙烷、DSG铝合金除渣除气剂、铝精炼剂ZS-AJ01C 等精炼剂。 ②六氯乙烷使用前，置于熔炉旁预热。 ③DSG铝合金除渣除气剂、铝精炼剂ZS-AJ01C等精炼剂，存放时要防止吸潮，使用前应置于熔炉旁预热。 （4）坩埚及熔炼工具的准备 ①新坩埚使用前应清理干净（可采用吹砂或其它方法），然后加热到600～700℃,保持30～60min，再降温到200～300℃，开始喷刷涂料。

铝合金的变质处理

铝合金的变质处理 铸锭组织的不均匀性集中的影响到铸锭的性能，用于锻造、轧制和挤压的铸锭特别不希望降低合金工艺塑性的柱状组织。通常，具有细小晶粒组织、细微的晶粒内部结构和过剩相均匀分布的合金具有最好的铸态性能和最高的压力加工塑性。采用增大冷却速度、低温浇注、超声波振荡铸造、电磁铸造等措施均有利于获得上述理想组织，但这些办法均有局限性，只有对合金采取变质处理才是调整铸锭组织的根本手段。 一、变质处理概述 所谓变质处理就是在少量的专门添加剂（变质剂）的作用下改变铸态合金组织，使金属或合金的组织分散度提高的过程。目前，这种处理方法的技术术语很不统一，有的叫细化处理，还有的叫孕育处理。变质处理的分类也各不一样。有人根据金属及合金的最终组织变化特征将变质处理分为三类：把改变初生树枝晶和其他初生晶尺寸的处理叫第一类变质处理，把改变初生树枝晶内部结构的处理叫第二类变质处理，把改变共晶组织的处理叫第三类变质处理。也有人根据变质剂的作用特性，把变质处理分为三类四组（见表2—5—3）。还有人按对结晶着的合金的物理作用和冶金作用来分类。显然，这些概念之间的界限是很难区分的。本手册把变质处理理解为金属及合金铸锭组织弥散度的提高。 表2—5—3变质剂的类别及其作用特性 类别

变质剂 组别 作用性质 可能的变质机构 I 晶核变质剂 l 不起化学作用，但结构上具有共格性 起晶核或生核基底作用，如铝中的TiC及其他高熔点夹杂物 2 起化学作用且有结构上的共格性 包晶反应产生晶核质点，并改变周围液相的成分浓度，如钛和铝作用生成的TiAl， Ⅱ 吸附变质剂 3 活性吸附或物理吸附 吸附在晶面上，阻碍晶粒成长，促使过冷增核，如铝硅合金中加钠 Ⅲ 改变结构不 匀性变质剂

结题报告——铝硅合金的晶粒细化与组织变质处理-

铝硅合金的晶粒细化与组织变质处理结题报告 项目成员：朱荣升，黄泽华，黄文强 院（系）：材料科学与工程学院 【摘要】：晶粒细化是通过控制晶粒的形核和长大来实现的。细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。铝硅合金的变质处理使共晶硅由粗大的片状变成细小纤维状或层片状，从而改善合金性能。 【关键词】：铝硅合金、细化、硬度、金相图、锶、硼、钛。 引言： 铝硅合金具有优良的铸造性能，是铸造铝合金中品种最多、用量最大的合金。一般地，铸造铝硅合金中有α（Al）、共晶硅及初晶硅，其中α（Al）呈树枝状，共晶硅呈片状，初晶硅呈多角形状和板状。经过细化变质处理后的Al-Si合金具有良好的机械性能和切削加工性能，近年来，世界各国研究者就Al-Si合金基体细化元素，初晶硅和共晶硅的变质元素及其细化、变质机理方面的进行了深入研究，并对双重变质、复合变质进行了探索和研究。随着金屑型铸造和压铸工艺的发展，铝硅合金得到广泛应用。近年来，在铸造领域应用的铝合金，除了铝硅系列合金之外，还有铝锅系列、铝镁系列、铝锌系列和其他系列的铝合金。在这些系列的合金中，除了少数的二元合金外，大多数都是添加多种合金元素的多元合金。本项目主要内容为铝硅合金的晶粒细化处理。晶粒细化是通过控制晶粒的形核和长大来实现的。细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。 一、实验原理 本项目主要内容为铝硅合金的晶粒细化与组织变质处理。晶粒细化是通过控制晶粒的形核和长大来实现的。细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。铝硅合金的变质处理使共晶硅由粗大的片状变成细小纤维状或层片状，从而改善合金性能。 二、试验方法 2.1 试验合金的制备 第一步：试验合金在箱式电阻炉内用石墨坩埚进行熔制。原料为Al-7Si合金，设置一组对照组和三组实验组，实验组分别加入微量元素锶、硼、钛，所加微量元素的质量均为原料的百分之一，用不同的温度对其熔制并保温（见表1）

6063铝合金棒生产流程

6063铝合金棒生产流程 (中国长城铝业公司研究设计院河南郑州450041) 一．Al-Mg-Si系合金的基本特点： 6063铝合金的化学成份在GB/T5237-93标准中为0．2-0．6％的硅、0．45-0．9％的镁、铁的最高限量为0. 35％，其余杂质元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0．1％。这个成份范围很宽，它还有很大选择余地。 6063铝合金是属铝-镁-硅系列可热处理强化型铝合金，在AL-Mg-Si组成的三元系中，没有三元化合物，只有两个二元化合物Mg2Si和Mg2Al3，以α(Al)-Mg2Si伪二元截面为分界，构成两个三元系，α(Al)-Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3，如图一、田二所示： 在Al-Mg-Si系合金中，主要强化相是Mg2Si，合金在淬火时，固溶于基体中的Mg2Si越多，时效后的合金强度就越高，反之，则越低，如图2所示，在α(Al)-Mg2Si伪二元相图上，共晶温度为595℃，Mg2Si的最大溶解度是1．85％，在500℃时为1. 05％，由此可见，温度对Mg2Si在Al中的固溶度影响很大，淬火温度越高，时效后的强度越高，反之，淬火温度越低，时效后的强度就越低。有些铝型材厂生产的型材化学成份合格，强度却达不到要求，原因就是铝捧加热温度不够或外热内冷，造成型材淬火温度太低所致。 在Al-Mg-Si合金系列中，强化相Mg2Si的镁硅重量比为1．73，如果合金中有过剩的镁(即Mg：Si＞1. 73)，镁会降低Mg2Si在铝中的固溶度，从而降低Mg2Si在合金中的强化效果。如果合金中存在过剩的硅，即Mg：Si＜1．73，则硅对Mg2Si在铝中的固溶度没有影响，由此可见，要得到较高强度的合金，必须Mg：Si＜1．73。 二．合金成份的选择 1．合金元素含量的选择 6063合金成份有一个很宽的范围，具体成份除了要考虑机械性能、加工性能外，还要考虑表面处理性能，即型材如何进行表面处理和要得到什么样的表面。例如，要生产磨砂料，Mg/Si应小一些为好，一般选择在Mg/Si=1-1．3范围，这是因为有较多相对过剩的Si，有利于型材得到砂状表面；若生产光亮材、着色材和电泳涂漆材，Mg/Si在1．5-1．7范围为好，这是因为有较少过剩硅，型材抗蚀性好，容易得到光亮的表面。 另外，铝型材的挤压温度一般选在480℃左右，因此，合金元素镁硅总量应在1．0％左右，因为在500℃时，Mg2Si在铝中的固溶度只有1．05％，过高的合金元素含量会导致在淬火时Mg2Si不能全部溶入基体，有较多的末溶解Mg2Si相，这些Mg2Si相对合金的强度没有多少作用，反而会影响型材表面处理性能，给型材的氧化、着色(或涂漆)造成麻烦。 2．杂质元素的影响 ①铁，铁是铝合金中的主要杂质元素，在6063合金中，国家标准中规定不大于0．35，如果生产中用一级工业铝锭，一般铁含量可控制在0．25以下，但如果为了降低生产成本，大量使用回收废铝或等外铝，铁就根容易超标。Fe在铝中的存在形态有两种，一种是针状(或称片状)结构的β相(Al9Fe2Si2)，一种为粒状结构的α相(Al12Fe3Si)，不同的相结构，对铝合金有不同的影响，片状结构的β相要比粒状结构α相破坏性大的多，β相可使铝型材表面粗糙、机械性能、抗蚀性能变差，氧化后的型材表面发青，光泽下降，着色后得不到纯正色调，因此，铁含量必须加以控制。 为了减少铁的有害影响可采取如下措施。 a)熔炼、铸造用所有工具在使用前涂涮涂料，尽可能减少铁溶人铝液。 b)细化晶粒，使铁相变细，变小，减少其有害作用。 c)加入适量的锶，使β相转变成α相，减少其有害作用。 d)对废杂料细心挑选，尽可能的减少铁丝、铁钉、铁屑等杂物进入熔铝炉造成铁含量升高。