旋轉(zhuǎn)噴吹氣對(duì)A356鋁合金熔體凈化效果的影響

楊途才 李雪姿 陳真 馮小林 卓伊玲

摘? ?要：對(duì)鋁合金凈化是提高鋁合金鑄件質(zhì)量的重要手段。本文通過向A356鋁合金熔體中通入惰性氣體，研究惰性氣體對(duì)A356鋁合金熔體凈化效果的影響。研究結(jié)果表明，通入惰性氣體能有效地除去熔體的熔渣，將熔渣排到鋁液表面，有效地凈化鋁液，提高熔體凈化效果，從而提高鑄件的力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：A356鋁合金? 凈化效果? 力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TG245? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（a）-0097-02

A356鋁合金輪轂相對(duì)于鋼輪轂來說有很多自身的優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕、散熱快、有金屬光澤、力學(xué)性能好等，是汽車行業(yè)非常重要的材料。汽車在行駛過程中，承受非常大的沖擊力，因此必須使汽車鋁輪轂具有很好的力學(xué)性能，使鋁合金輪轂在各沖擊應(yīng)力下能承受工作應(yīng)力，不容易變形，堅(jiān)固耐用，才能確保汽車行駛過程中的安全性。隨著汽車鋁輪轂市場競爭力的不斷增大，不斷地開發(fā)高性能、高品質(zhì)的鋁合金輪轂，在市場的競爭中才不會(huì)被淘汰。A356鋁合金是汽車行業(yè)中非常重要材料，經(jīng)常被利用在制造汽車、摩托車輪轂中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車行業(yè)的熱交換器、發(fā)動(dòng)機(jī)、車身和底盤等主要部位所用的材料就是A356。

相比于國外發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)，我國的國產(chǎn)汽車制造技術(shù)還趕不上國外的技術(shù)。因?yàn)榧夹g(shù)、工藝等方面的因素，在汽車的輕量化方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方發(fā)達(dá)國家。再加上汽車在路面行駛過程中承受各個(gè)方向的沖擊，既要保證汽車輕量化，又要滿足性能要求就更加困難了。隨著國內(nèi)技術(shù)水平的不斷提高，國內(nèi)的諸多研究所和各高校也開始了對(duì)A356鋁合金的研究，讓國內(nèi)A356鋁合金的研究有一定的進(jìn)展。

A356鋁合金憑借鑄造工藝相對(duì)簡單，容易操作，具有良好的鑄造性能以及抗氧化性能，成為金屬材料工程研究的熱門。鋁合金在常溫常壓下是良好的導(dǎo)電體，在實(shí)際生活應(yīng)用中，能有效地替代銅合金，成為常用的導(dǎo)電材料。汽車輪轂的質(zhì)量還要受到加工工藝的制約，成分偏析、不均勻化等因素都會(huì)影響到汽車輪轂的質(zhì)量。目前的市場，汽車的需求量大幅度增加，高性能的汽車輪轂材料的開發(fā)受到廣大市場的關(guān)注，汽車的鋁化程度會(huì)越來越高。國內(nèi)稀土Er在鑄造A356鋁合金中的應(yīng)用研究方面與西方先進(jìn)國家還有一定的距離，因此研究稀土Er在鋁合金的改善作用至關(guān)重要。研究稀土Er在鑄造A356鋁合金中的作用，添加適當(dāng)含量的稀土Er，使鋁合金晶粒得到細(xì)化，各成分分布均勻，使合金的強(qiáng)度得到提高，機(jī)械加工性能得到改善。研發(fā)高性能的A356鋁合金汽車輪轂才能在競爭激烈的汽車行業(yè)市場中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)我國現(xiàn)代化建設(shè)有著十分重大的意義。

本文利用惰性氣體通入鋁合金熔體，對(duì)比惰性氣體通入熔體前后鑄件質(zhì)量，探究A356鋁合金熔體凈化方法。

1? 實(shí)驗(yàn)

本次實(shí)驗(yàn)用到的原材料有：純鋁、鎂塊、鋁硅合金等，根據(jù)A356鋁合金的各成分（見表1）比例進(jìn)行配料熔煉，待除氣除渣后，澆筑成所需的鑄件。A356鋁合金熔煉的具體過程是：將預(yù)先稱好量的純鋁放入坩堝熔煉爐內(nèi)，緩慢加熱到750℃。純鋁完全熔化后，把稱好的Al-Si錠放到熔煉爐中，待Al-Si完全熔后，再把事先用鋁箔包好的Mg加入爐中（Mg用鐘罩罩住，完全浸入鋁液中，不停地旋轉(zhuǎn)鐘罩，不能讓Mg與空氣接觸，防止Mg在高溫中燃燒）。保溫20 min，向鋁熔體中通入惰性氣體，扒渣，靜置0.5h。澆注前在模具內(nèi)壁涂有一層高溫耐火材料，均勻、平整地涂于鐵模具、漏勺等需與合金液接觸的工具，并緩慢加熱烘干模具，澆注前將模具預(yù)熱至200℃～300℃。隨后澆注到模具中，待凝固后，打開模具，得到鑄件的毛坯樣。澆鑄的速度先慢后快再慢，先慢是為了使金屬液平穩(wěn)充滿整個(gè)金屬模腔底部，防止飛濺;后快為避免金屬液的溫度降低，利于補(bǔ)縮;再慢為防止金屬液因澆注量過大而溢出。圖1為A356鋁合金熔煉爐結(jié)構(gòu)示意圖，通氣管末端為不銹鋼材質(zhì)，開有幾個(gè)小孔，目的是使惰性氣體均勻向鋁液四周散開，更好地達(dá)到除渣的目的。

圖2、圖3為A356鋁合金未通入惰性氣體凈化的金相圖，未通入惰性氣體凈化的A356鋁合金的顯微組織，從圖中可以明顯地看出，未進(jìn)行惰性氣體凈化的A356鋁合金組織里主要由α-Al相和強(qiáng)化相組成，另外還有一些黑色的雜質(zhì)，如圖中標(biāo)識(shí)所示，造成組織中存在雜質(zhì)的原因是未經(jīng)惰性氣體凈化的鋁合金溶體，雜質(zhì)懸浮在溶體里，沒有浮到鋁液表面，沒辦法進(jìn)行清除，導(dǎo)致雜質(zhì)跟鋁液一起澆筑到模具中，夾雜在逐漸內(nèi)部。

圖4、圖5為A356鋁合金經(jīng)惰性氣體凈化的金相圖，經(jīng)惰性氣體凈化后的A356鋁合金的顯微組織與未經(jīng)過惰性氣體凈化的組織相比較，從圖中可以明顯地看出，經(jīng)過惰性氣體凈化的A356鋁合金組織里主要由α-Al相和強(qiáng)化相組成，沒有出現(xiàn)圖2、圖3所示的黑色的雜質(zhì)。在熔體中通入惰性氣體，惰性氣體氣泡在上浮的過程中，由于浮力的作用，把鋁液中的雜質(zhì)攜帶到鋁液表面，形成殘?jiān)鼡瞥?，達(dá)到凈化鋁液的效果。

表2為A356鋁合金試樣（未經(jīng)熱處理）的抗拉強(qiáng)度，分別取未通入惰性氣體凈化和經(jīng)惰性氣體凈化的A356鋁合金試樣3根，做拉伸試驗(yàn)，最后取平均值。從表中可以看出，未經(jīng)惰性氣體凈化的A356鋁合金試樣的平均抗拉強(qiáng)度140.7 MPa，經(jīng)惰性氣體凈化的A356鋁合金試樣的平均抗拉強(qiáng)度為161.3MPa，經(jīng)惰性氣體凈化的鋁合金抗拉強(qiáng)度明顯優(yōu)于未經(jīng)惰性氣體凈化的鋁合金抗拉強(qiáng)度。

2? 結(jié)語

（1）通入惰性氣體能有效地除去熔體的熔渣，將熔渣排到鋁液表面，有效地凈化鋁液，提高熔體凈化效果，從而提高鑄件的力學(xué)性能。

（2）經(jīng)惰性氣體凈化后的A356鋁合金的顯微組織與未經(jīng)過惰性氣體凈化的組織相比較，從圖中可以明顯地看出，經(jīng)過惰性氣體凈化的A356鋁合金組織里主要由α-Al相和強(qiáng)化相組成，沒有出現(xiàn)圖2、圖3所示的黑色的雜質(zhì)。在熔體中通入惰性氣體，惰性氣體氣泡在上浮的過程中，由于浮力的作用，把鋁液中的雜質(zhì)攜帶到鋁液表面，形成殘?jiān)鼡瞥?，達(dá)到凈化鋁液的效果。

（3）經(jīng)惰性氣體凈化的鋁合金抗拉強(qiáng)度明顯優(yōu)于未經(jīng)惰性氣體凈化的鋁合金抗拉強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱利民.汽車鋁輪轂先進(jìn)制造技術(shù)[J].輕金屬，2008（3）：51-56.

[2] 唐劍，王德滿，劉靜安.鋁合金熔煉與鑄造技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.