原標(biāo)題：鋁鈦硼細(xì)化劑對(duì)鋁合金壓鑄件局部收縮的影響

摘 要：針對(duì)鋁合金壓鑄件的鑄造缺陷，試驗(yàn)了使用鋁鈦硼細(xì)化劑對(duì)鋁液進(jìn)行細(xì)化處理后的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有使用鋁鈦硼細(xì)化劑生產(chǎn)的壓鑄件，會(huì)在壓鑄件局部壁厚部位產(chǎn)生縮坑、縮裂或者內(nèi)部出現(xiàn)縮松、縮孔等較明顯的鑄造缺陷，而使用了鋁鈦硼細(xì)化劑的鑄件，無(wú)論外觀縮坑、縮裂或者內(nèi)部縮松、縮孔等缺陷均得到了明顯的改善。經(jīng)過(guò)對(duì)力學(xué)性能的測(cè)試，使用鋁鈦硼細(xì)化劑的鑄件，在力學(xué)性能上明顯優(yōu)于沒(méi)使用鋁鈦硼細(xì)化劑的壓鑄件。

隨著壓鑄件的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)其品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，生產(chǎn)過(guò)程中，盡管采用了一些先進(jìn)的工藝，比如利用模溫機(jī)來(lái)保證模具溫度的穩(wěn)定，使用高壓點(diǎn)冷機(jī)及局部擠壓消除局部縮松，采用抽真空壓鑄減少壓鑄件內(nèi)部氣孔等措施，但是由于部分壓鑄件比較復(fù)雜，在要求比較嚴(yán)格的厚壁部位，通過(guò)以上措施無(wú)法全部解決其收縮熱裂等鑄造缺陷，導(dǎo)致壓鑄件廢品率較高，給生產(chǎn)成本造成較大壓力。

本課題通過(guò)鋁合金液添加Al-Ti-B細(xì)化劑，對(duì)壓鑄鋁合金液進(jìn)行細(xì)化處理，改善鋁液的內(nèi)部組織，來(lái)減少其在凝固過(guò)程中的收縮，保證壓鑄件內(nèi)部組織的致密性。經(jīng)對(duì)添加Al-Ti-B細(xì)化劑前后對(duì)壓鑄件的金相組織、外觀形態(tài)及力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，來(lái)驗(yàn)證其工藝的有效性和可行性。

1、Al-Ti-B細(xì)化劑的添加工藝

  1.1 AlSi9Cu3鋁合金及Al-Ti-B細(xì)化劑化學(xué)成分

1.1.1 AlSi9Cu3鋁合金的化學(xué)成分及力學(xué)性能

對(duì)于AlSi9Cu3鋁合金的化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)實(shí)際值見(jiàn)表1，力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際檢測(cè)值見(jiàn)表2。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比添加Al-Ti-B細(xì)化劑后，分析對(duì)原有化學(xué)成分及力學(xué)性能產(chǎn)生影響。

表1：AlSi9Cu3合金化學(xué)成分  wb/%

表2：AlSi9Cu3合金的力學(xué)性能

1.1.2 試驗(yàn)用Al-Ti-B細(xì)化劑化學(xué)成分

選擇試驗(yàn)用Al-Ti-B細(xì)化劑為Al-5Ti-1B，其成分見(jiàn)表3，在A化學(xué)成分穩(wěn)定一致情況下進(jìn)行試驗(yàn)。

表3：Al-5Ti-1B絲化學(xué)成分 wb/%

1.2 Al-5Ti-1B細(xì)化劑的添加工藝要求

根據(jù)生產(chǎn)車(chē)間壓鑄現(xiàn)場(chǎng)熔化工藝，壓鑄工藝，以及Al-5Ti-1B絲對(duì)于溫度的要求，添加工序及添加方式的有關(guān)條件進(jìn)行統(tǒng)一，保證試驗(yàn)過(guò)程穩(wěn)定，見(jiàn)表4。

表4：主要熔煉鑄造工藝參數(shù)

2、添加Al-Ti-B細(xì)化劑及保溫時(shí)間對(duì)鋁合金組織的影響

鋁合金在金相下通常有3種晶粒形態(tài)，分別是柱狀晶、等軸晶和細(xì)晶組織。柱狀晶嚴(yán)重影響材料的強(qiáng)度和韌性，細(xì)小的等軸晶會(huì)降低熱裂紋傾向，但粗大的等軸晶也會(huì)降低材料的力學(xué)性能。在鋁合金壓鑄過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生下腳料，下腳料都會(huì)作為回爐料按照一定的比例進(jìn)行重熔后再次使用，在反復(fù)重熔的過(guò)程中，會(huì)造成鋁合金液的質(zhì)量下降，影響合金的力學(xué)性能。因此，通過(guò)添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑，細(xì)化組織，改善鋁液質(zhì)量。通過(guò)添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑后，鋁合金液保溫時(shí)間對(duì)其衰退效果的對(duì)比最終確定最佳的變質(zhì)時(shí)間。

2.1 Al-5Ti-1B細(xì)化劑添加前后對(duì)比

對(duì)添加Al-Ti-B細(xì)化劑前后的鋁合金液進(jìn)行取樣對(duì)比分析，見(jiàn)圖1。可以看出，添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑的試樣內(nèi)部組織比較細(xì)小，而未添加Al-Ti-B細(xì)化劑的晶粒相對(duì)比較粗大。而且隨著添加量增加，晶粒尺寸進(jìn)一步細(xì)化。

圖1：Al-Ti-B細(xì)化劑加入前后鋁合金的金相組織

2.2 保溫時(shí)間對(duì)變質(zhì)后鋁合金晶粒尺寸的影響

圖2：Al-Ti-B細(xì)化劑加入后保溫時(shí)間對(duì)晶粒尺寸旳影響

對(duì)鋁合金液添加Al-Ti-B細(xì)化劑后，對(duì)不同保溫時(shí)間后的試樣進(jìn)行取樣，打磨，腐蝕觀察，見(jiàn)圖2。可以看出，未添加Al-Ti-B的試樣斷裂面晶粒粗大，而添加Al-Ti-B細(xì)化劑后，隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，試樣斷面晶粒鑄件粗化。

3、Al-Ti-B細(xì)化劑對(duì)鑄造缺陷局部收縮的影響

在鋁合金壓鑄過(guò)程中，鑄件的壁厚不是非常均勻，存在著壁厚差，在薄壁和厚壁的過(guò)渡位置，或者在厚壁位置往往會(huì)出現(xiàn)收縮孔及縮坑等缺陷。此次試驗(yàn)，結(jié)合在壓鑄現(xiàn)場(chǎng)的鑄件缺陷，通過(guò)對(duì)壓鑄鋁液添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑，經(jīng)過(guò)對(duì)鋁合金液的內(nèi)部組織細(xì)化后，看是否對(duì)鑄件收縮孔及縮坑產(chǎn)生影響。

3.1 添加Al-Ti-B細(xì)化劑對(duì)產(chǎn)品外觀縮坑及縮裂缺陷影響

圖3：Al-Ti-B細(xì)化劑加入前后對(duì)鑄件鑄造缺陷的影響

圖3為Al-5Ti-1B細(xì)化劑加入前后對(duì)鑄件鑄造缺陷旳影響。可以看出，未添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑的鋁合金液生產(chǎn)的鑄件，出現(xiàn)明顯因收縮而產(chǎn)生的凹坑及縮裂，而添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑后的鋁合金液，相同部位縮坑及縮裂缺陷消失,產(chǎn)品合格率大幅提升，見(jiàn)表5。

表5：Al-Ti-B細(xì)化劑添加前后產(chǎn)品合格率對(duì)比

3.2 添加Al-Ti-B細(xì)化劑對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部縮松、縮孔鑄造缺陷的對(duì)比

圖4：添加Al-Ti-B細(xì)化劑前后對(duì)鑄件內(nèi)部收縮缺陷的影響

通過(guò)對(duì)易產(chǎn)生縮孔的壁厚部位進(jìn)行刨切的前后對(duì)比,見(jiàn)圖4，可以看出未添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑的鋁合金液生產(chǎn)的鑄件，縮孔明顯；而添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑的鋁合金液生產(chǎn)的產(chǎn)品，縮孔明顯得到改善（見(jiàn)表5）。

4、添加Al-Ti-B細(xì)化劑后對(duì)鋁合金力學(xué)性能的影響

表6：鋁合金液添加Al-Ti-B細(xì)化劑前后對(duì)力學(xué)性能的變化

通過(guò)對(duì)鋁合金液添加Al-Ti-B細(xì)化劑前后力學(xué)性能的對(duì)比數(shù)據(jù),見(jiàn)表6，可以看出，添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑的鋁合金液生產(chǎn)的鑄件，力學(xué)性能明顯優(yōu)于未添加Al-Ti-B細(xì)化劑的鋁合計(jì)液生產(chǎn)的鑄件。

5、結(jié)論

（1）Al-5Ti-1B細(xì)化劑添加量為0.2 %~0.3 %，鋁合金液溫度控制在720~760 ℃，精煉除氣時(shí)間為8-10分鐘，對(duì)鋁合金液進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?/p>

（2）添加Al-Ti-B細(xì)化劑后，抗拉強(qiáng)度提升5 %~8 %，伸長(zhǎng)率提升30 %~50 %，屈服強(qiáng)度提升8 %~10 %，硬度提升5 %~10 %。

（3）有效減少壓鑄件因壁厚不均導(dǎo)致的縮坑和縮孔等缺陷。

（4）經(jīng)過(guò)添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑后的鋁合金液需在120min以?xún)?nèi)使用完畢為最佳，否則會(huì)導(dǎo)致Al-5Ti-1B合金中元素的沉淀，細(xì)化效果減弱。

作者：

王龍生 孔令東 楊同 曹海旺
山東裕隆金和精密機(jī)械有限公司

本文來(lái)自：《特種鑄造及有色合金》雜志2020年第40卷第11期