中国压铸杂志

浅析锶元素对压铸 Al-Si 合金变质效果及生产控制要点

作者:admin 来源:原创 发表时间:2017-07-01

文:重庆宗申零部件制造有限公司    黄志勇
 
     摘  要:采用直读光谱仪、万能拉力试验机、金相显微镜分别对压铸试棒进行了性能分析及成分分析,分别研究了不同含量 Sr 对压铸 Al-Si 合金变质效果的影响和 Sr 元素在熔炼过程中烧损情况。结果表明:1、Sr 元素对压铸铝合金中的 Si 有较好的变质效果,压铸 Al-Si 合金中 Sr 元素在 0.03-0.05%时获得的变质效果最佳,对
抗拉强度和断后延伸率有明显的提升;2、Sr 元素重固态转融化为液态时约有 35%的烧损,在 650°C 的保温环境下 Sr 元素会随保温时间不同烧损变化不同。 
关键词:Sr;变质;压铸 Al-Si 合金;Sr 元素烧损 
铝是最常用的轻金属之一,纯铝的比重小(约为 2.7g/cm3)为铁的 35%。铝合金的比强度与合金结构钢相当。铝及铝合金材料除密度小外,还具有一系列的优良性能,耐蚀性好、易成形、可表面处理、可回收再生等。压铸工艺特点是有着较高的生产效率、较好的毛坯精度、且非常适合大批量生产的特点,在产品轻量化的当今社会大环境下压铸铝合金生产已成为当今节能降耗的一个新契机。
目前压铸 Al-Si 合金常用变质剂主要有 P 和Sr 两种元素,P 元素变质会受到微量元素 Ca 的影响,而 Sr 元素与 Ca 为同一族元素,化学性质相同,变质效果不会受 
Ca 元素影响。本文选择了 Sr 元素作为变质剂对压铸 Al-Si 合金材料进行变质处理。
Sr 属于表面活性元素,在结晶学上Sr 能够改变金属间化合物金相,同时Sr变质的有效时间长,再现性好。由于 Sr 元素极易烧损且熔化过程中大量吸氢,在工业生产过程中往往会因为无法控制造成产品性能不佳。
本文采用汽车行业最为常用的压铸Al-Si合金Al Si9Cu3(Fe)作为本次实验的原材料,通过实验不同含量的 Sr 对其合金变质效果影响获得最佳力学性能。同时研究了在批量生产过程中如何对 Sr元素进行有效的控制达到较好的变质效果。
1  实验过程和方法
    实验材料:Al Si9Cu3(Fe)(成分见表 1)、Al-Sr10 中间合金。实验设备:STM 
集中熔炼炉、转水包、地称、旋转除气机、力劲 DCC280 卧室冷室压铸机、500Kg 保温炉、试棒压铸模(尺寸见图 1)。检测设备:电子称、万能拉力试验机、金相显微镜、直读光谱仪,洛氏硬度仪、测氢仪。
 

 
步骤 1.  将铝锭投入 STM 熔炼炉内直至完全熔化,且对其化学成分进行检测;
步骤 2.  将转水包在地称上称重记录重量,用预热装置将转水包预热到700°C,待 STM 熔炼炉内铝水温度达到 730±10°C 将铝水放入转水包中根据Sr 含量的不同需要添加 Al-Sr10 中间合金,检测铝水化学成分和含氢量;
步骤 3.  使用旋转除气机对转水包进行旋转除气,除气后再次检测含氢量,达到 
0.25ml/100g指标后将铝水倒入保温炉中;
步骤 4.  设置好压铸工艺参数(压铸参数见表 2)生产拉力试棒;
 

 
步骤 5.  每 1 小时对保温炉内铝水成分进行检测。
    步骤 6.  待样棒自然冷却到室温后对其进行检测。
2  试验结果和分析
 

 
为研究 Sr 元素对压铸铝合金性能影响,表 3中为不同 Sr 含量对合金力学性能影响,其成分分别为 0%、0.01%、0.03%、0.05%、0.07%。
注:上表试验结果采用不同 Sr 含量的 5 根拉力试棒计算平均值 
下图为金相显微镜放大 200 倍对应上表序号的金相图。
 
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