除雜劑對(duì)鋁合金含氣量和力學(xué)性能的影響

牟宜華，徐小林，趙忠興

（1.重慶衡山機(jī)械有限責(zé)任公司，重慶 404100；2.沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110168）

鋁合金中夾雜物的存在對(duì)鋁合金鑄件的鑄造性能和力學(xué)性能影響較大[1,2]，在鋁合金熔煉過(guò)程中，夾雜物與氫含量有著密切的關(guān)系，夾雜含量大將會(huì)增加鋁液的含氫量[3，4]，降低鑄件的使用性能和使用壽命。在鋁合金鑄件的生產(chǎn)中，去除鋁液中的夾雜是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的重要手段，國(guó)內(nèi)外的很多學(xué)者研究多種除雜劑[5-8]，對(duì)鋁合金液中夾雜具有較明顯的去除效果，鑒于此，為了提高鋁液的凈化效果，我們研發(fā)了SG1 型除雜劑，進(jìn)行了試驗(yàn)研究，取得了較好的使用效果。

1 試驗(yàn)條件和試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料采用ZL105A 合金，除雜劑選用自配的除雜劑SG1 號(hào)，除雜劑加入量0.5%～1.5%，加入溫度670～690℃，除雜劑的加入方式采用手工方式和機(jī)械方式兩種，手工加入方式是用鐘罩將除雜劑壓入到坩堝底部，用手工攪拌直至除雜劑反應(yīng)完畢；機(jī)械方式加入是采用除雜機(jī)，在攪拌棒高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下（600 r/min～800r/min），攪拌吹頭將鋁液中心攪出一個(gè)旋渦，由送料裝置將除雜劑在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)均勻加入。

試驗(yàn)方法如下：

（1）手工加入除雜劑+氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉15min，測(cè)試鋁液減壓試樣密度和力學(xué)性能。

（2）機(jī)械加入除雜劑+氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉15min，測(cè)試鋁液減壓試樣密度和力學(xué)性能。

（3）機(jī)械加入除雜劑+氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉15min，不同清渣劑加入量對(duì)減壓試樣密度和力學(xué)性能的影響。

（4）除雜劑加入方式對(duì)鎂、鍶含量的影響。

采用沈陽(yáng)理工大學(xué)研制的SGJ-I 型鋁合金液精煉效果檢測(cè)儀測(cè)試鋁液減壓試樣密度，用于評(píng)價(jià)鋁液含氣量。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 除雜劑加入方式對(duì)含氣量和力學(xué)性能的影響

采用手工方式加入除雜劑，操作人員的操作方法對(duì)除雜劑的效果影響較大。在手工加入方式中，除雜劑與鋁合金液的混合狀態(tài)并不理想，而采用機(jī)械加入除雜劑，在吹頭的高速旋轉(zhuǎn)下，除雜劑能與鋁合金液較好的混合，增加了除雜劑與鋁合金液的接觸面積，提高了除雜劑與鋁合金液中夾雜的碰撞概率，將其捕獲帶出到液體表面，減少了液體內(nèi)的微小夾雜，起到了更好的除雜效果，從而提高了合金的力學(xué)性能。除雜劑的加入量1%，與后續(xù)的氬氣精煉結(jié)合，對(duì)合金的含氣量和力學(xué)性能的影響如表1 所示。

2.2 除雜劑加入量對(duì)含氣量和力學(xué)性能的影響

采用機(jī)械加入除雜劑+氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉15min 工藝，除雜劑的加入量分別為0.5%、1%、1.5%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 除雜劑加入量對(duì)含氣量和力學(xué)性能的影響

由表2 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，除雜劑加入量由0.5%增加到1%，減壓試樣的密度增加，力學(xué)性能增加，但在由1%增加到1.5%，減壓試樣的密度和力學(xué)性能不再增加。從理論上分析，除雜劑加入量的增加應(yīng)該使鋁合金液中的夾雜有更多的機(jī)會(huì)與除雜劑接觸，從而降低鋁液中的夾雜數(shù)量。在除雜劑加入量由0.5%增加到1%時(shí)，這種傾向較為明顯，減壓試樣的密度及力學(xué)性能均得到提高。但除雜劑加入量在由1%增加到1.5%，這種增加的傾向消失了，減壓試樣的密度值和拉伸強(qiáng)度還有微小的下降。從清渣試驗(yàn)操作的過(guò)程分析，坩堝直徑固定后，隨著加入量的增加，除雜劑加入到鋁液表面后分散狀態(tài)開始變差，出現(xiàn)了團(tuán)聚的現(xiàn)象，反而降低了除雜效果。

由此可見，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中固定的熔化爐，在坩堝尺寸一定的條件下，除雜劑的加入應(yīng)該有一個(gè)相對(duì)優(yōu)化的加入量，過(guò)多和過(guò)少處理的效果都不是很理想，這需要在實(shí)際生產(chǎn)中摸索。

2.3 減壓凝固低倍組織

試驗(yàn)中澆鑄減壓凝固試樣的條件為：真空表指示減壓壓力-0.092MPa～-0.098MPa、坩堝預(yù)熱溫度150℃±50℃、澆鑄量50g～80g，選用薄壁坩堝。試驗(yàn)中不同密度減壓凝固試樣低倍組織如圖1 所示。

圖1 不同密度減壓凝固試樣低倍組織

由圖1 低倍組織觀察，在未進(jìn)行除雜和除氣處理狀態(tài)下，鋁合金液的含氣量較大，低倍試樣上分布大量氣孔，由于ZL105A 合金結(jié)晶溫度范圍較寬，接近于體積凝固方式，氣孔分布在整個(gè)試樣的斷面上。在對(duì)合金液進(jìn)行除雜和除氣處理后，合金液的含氣量明顯減少，在密度大于2.68 g/cm3后，針孔度等級(jí)已經(jīng)小于1 級(jí)，在減壓凝固試樣上已經(jīng)看不到氣孔。

2.4 除雜劑加入方式及加入量對(duì)鎂、鍶含量的影響

除雜劑加入方式和加入量對(duì)Mg 和Sr 元素的燒損率如表3 所示。

由表3 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，機(jī)械加入除雜劑的方式對(duì)合金元素的燒損比手工加入方式要大，加入除雜劑數(shù)量越多，元素的燒損就越多，這與除雜劑在鋁合金液的分散程度有關(guān)，與除雜劑和鋁合金液中元素的接觸碰撞有關(guān)。隨著所加入的除雜劑比例增加和在鋁合金液中分散度的增加，元素的燒損逐漸增加。由于Sr 的化學(xué)活潑性較Mg 高，導(dǎo)致鋁合金液中Sr 的燒損最大。

表3 清渣劑加入量對(duì)含氣量和力學(xué)性能的影響

3 試驗(yàn)結(jié)論

（1）以機(jī)械方式加入除雜劑，可有效增加除雜劑在鋁合金液中分散度，除雜效果較好，降低了鋁液的含氣量，提高了合金的力學(xué)性能。

（2）隨著除雜劑加入量的增加，在加入量從0.5%提高到1%時(shí)，鋁合金液的含氣量降低，力學(xué)性能提高；在加入量從1%提高到1.5%時(shí)，鋁合金液的含氣量和力學(xué)性能變化不大。

（3）以機(jī)械方式加入除雜劑對(duì)Mg 和Sr 的燒損增加，且隨著加入量的增加，燒損量也增加。