鑄造A356鋁合金板 A356美鋁鋁板

A356合金是一個(gè)典型的Al-Si-Mg系三元合金，是一個(gè)具有優(yōu)xiu的綜合性能的鑄造鋁合金。它不僅具有很好的鑄造性能（流動(dòng)性好、線收縮小、無(wú) 熱裂傾向），可鑄造薄壁和形狀復(fù)雜的鑄件，而且通過(guò)熱處理可達(dá)到較高的強(qiáng)度、良好的塑性和高沖擊韌性的理想綜合，因此成為了汽車鑄造鋁輪轂的首xuan材質(zhì)。

為何選用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

A356合金是美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)牌號(hào)系列，這個(gè)系列有三個(gè)合金：A356.0、A356.1、A356.2，是356系列的一部分。其成分見(jiàn)表1。

表1 美鋁業(yè)356系列合金與國(guó)產(chǎn)ZL101系列鋁合金化學(xué)成分比較單位：％

注：A356系列是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的牌號(hào)，ZL101系列是中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的牌號(hào)；

   組織和凝固特性

A356合金是Al-Si二元合金中添加鎂、形成強(qiáng)化相Mg2Si，通過(guò)熱處理來(lái)顯zhu提高合金的時(shí)效強(qiáng)化能力，改善合金的力學(xué)性能。

在 Al-Si-Mg三元系中，Mg2Si為穩(wěn)定化合物，可與鋁構(gòu)成偽二元系，使Al-Si-Mg系分成α＋Mg2Si＋Si及α＋Mg2Si＋Mg5Al8 二個(gè)三元共晶系，三元共晶溫度分別為558℃和448℃。A356合金處于α＋Mg2Si＋Si三元共晶系內(nèi)，其平衡組織為初生α＋（α＋Si）共 晶＋Mg2Si。

在冷卻時(shí)，由液相先析出α鋁，隨著鋁的析出，液相成分變至二元共晶線，發(fā)生共晶反應(yīng)L→α鋁＋Si。由于A356的含Si 量?jī)H為7％，所以，在液相成分沒(méi)達(dá)到三元共晶點(diǎn)時(shí)，液相消失，凝固完畢。凝固后的組織為初生α＋（α＋Si）共晶。凝固后，含有Si和Mg元素的鋁固溶 體，在繼續(xù)冷卻過(guò)程中析出Si和Mg2Si。室溫下的組織為初生α鋁＋（α＋Si）共晶＋Mg2Si。在冷卻速度較快的鑄造過(guò)程中，次生相Si和 Mg2Si彌散細(xì)小不易分辯，而表現(xiàn)出如圖3所示的α＋（α＋Si）共晶。在實(shí)際鑄造條件下，即在非平衡凝固的條件下，除基本相外，還可出現(xiàn)少量 α＋Mg2Si＋Si三元共晶體和雜質(zhì)鐵等構(gòu)成的雜質(zhì)相和一些復(fù)雜的多元共晶相。雜質(zhì)相主要有α（Fe3SiAl12）、β（Fe2Si2Al9）和 Al8FeMg3Si6。這些針狀雜質(zhì)相會(huì)破壞基體的連續(xù)性，嚴(yán)重地影響著合金的性能，特別是材料的塑性和沖擊韌性。這種形態(tài)對(duì)材料的力學(xué)性能有很壞的影 響，不采取相應(yīng)的措施，改變硅相的形態(tài)分布，材料是很難有實(shí)用的價(jià)值。

熔體組織處理

熔體組織處理是在鋁合金熔煉過(guò)程中所進(jìn)行的變質(zhì)處理和晶粒細(xì)化處理的統(tǒng)稱。為了獲得良好的性能綜合，A356合金在熔煉中bi須進(jìn)行變質(zhì)處理和細(xì)化晶粒處理。

1. A356合金的變質(zhì)處理

A356 合金含有7％左右的硅相，硅主要以共晶硅的形態(tài)存在于基體中。在沒(méi)有處理的合金中，硅相是以片條狀的形態(tài)分布在鋁基體上，片條狀的脆性硅相會(huì)破壞鋁基體的 連續(xù)性，嚴(yán)重影響合金的力學(xué)性能，特別是它的塑性和沖擊韌性。A356合金的變質(zhì)處理是通過(guò)加入一些微量元素來(lái)改善該合金中硅相的形狀、大小和分布，從 而，有效地把片條狀硅相對(duì)性能的不利影響降低到zui低程度。

Al-Si合金的變質(zhì)現(xiàn)象是1920年法國(guó)的A.Pacz發(fā)現(xiàn)的。向Al-Si合 金熔體中加入少量的鈉可使共晶硅相形態(tài)大小發(fā)生很大變化，使原片狀硅球化和纖維化，有效地改善了合金的力學(xué)性能，使這種原來(lái)無(wú)法在工業(yè)上應(yīng)用的合金一躍變 成可廣泛應(yīng)用的有良好的綜合性能的鑄造合金。但鈉變質(zhì)在長(zhǎng)期工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有過(guò)早衰退失效的問(wèn)題，鈉的變質(zhì)效果只能維持幾十分鐘，使其應(yīng)用很不方便， 變質(zhì)的穩(wěn)定性很差。使人們開(kāi)始了長(zhǎng)效變質(zhì)劑的開(kāi)發(fā)研究。

A356合金的變質(zhì)，目前主要是采用鍶（Sr）變質(zhì)。鍶變質(zhì)有很好的長(zhǎng)效性，可使變 質(zhì)效果維持長(zhǎng)達(dá)5~8小時(shí)。正因?yàn)檫@特性，在目前的鋁輪轂鑄造生產(chǎn)中，普遍應(yīng)用這種變質(zhì)方法。但研究表明，鍶的加入加大了鋁熔液的吸氣性。因此在熔煉工藝 中，bi須采取相應(yīng)的措施，來(lái)防止合金的吸氣。

2. A356合金的細(xì)化晶粒處理

生產(chǎn)實(shí)踐已證明，組織的細(xì)化可有效改善合金的 性能。合金的晶粒細(xì)化處理，其基本原理是向合金熔體加入少量能形成異質(zhì)形核的物質(zhì)，在熔體內(nèi)產(chǎn)生大量的結(jié)晶核心，使合金在凝固時(shí)獲得細(xì)小的晶粒。對(duì) A356合金而言，組織的細(xì)化主要是指合金的基體－α鋁固溶體的晶粒細(xì)化。通常在A356合金熔煉時(shí)，加入少量的Ti和B。利用鈦與鋁形成的Al3Ti能 作為α鋁固溶體的結(jié)晶核心，起到異質(zhì)核心作用，細(xì)化鋁合金組織。

熱處理強(qiáng)化

鎂和硅在鋁中的固溶體隨溫度的變化，其Mg2Si固溶度有很大的變化。這種特性使A356合金有很好的熱處理強(qiáng)化的可能。在工業(yè)上可以通過(guò)淬火時(shí)效熱處理（一般用T5規(guī)范）來(lái)實(shí)現(xiàn)熱處理強(qiáng)化。

α＋Mg2Si＋Si 共晶體的熔點(diǎn)是550℃，所以，A356合金的淬火溫度應(yīng)為低于該溫度的535℃。在該溫度下，經(jīng)過(guò)30分鐘，Mg2Si相就已wan全溶入固溶體中了。根據(jù) 生產(chǎn)實(shí)際情況，由于鑄件組織的不均勻，通常要求保溫時(shí)間不小于2小時(shí)。淬火可在冷水中進(jìn)行，也可根據(jù)零件的壁厚和復(fù)雜程度決定在熱水（70℃~100℃） 中淬火。zui常用的時(shí)效規(guī)范是淬火后加熱到150℃~160℃保溫3~5小時(shí)。提高溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間都會(huì)顯zhu降低A356合金的塑性。

輪轂用A356合金熔煉的特點(diǎn)

汽車輪轂是關(guān)系到汽車an全的關(guān)鍵零件，對(duì)汽車輪轂用材的力學(xué)性能有很苛刻的要求。不僅要有足夠的強(qiáng)度，還要有很好的塑性和沖擊韌性。與此同時(shí)，對(duì)鋁輪轂鑄件 的內(nèi)部冶金質(zhì)量也有很高的要求。從而，大大提高了做鋁輪轂的材質(zhì)要求。因此，也就對(duì)輪轂用的A356合金的熔煉提出了很高的要求。歸納下來(lái)，有以下幾個(gè)方 面的要求：

1. 對(duì)汽車輪轂用的A356合金而言，其化學(xué)成分，特別是對(duì)其雜質(zhì)含量的控制有很嚴(yán)格的要求。提供給做輪轂的A356合金錠， bi須按A356.2標(biāo)準(zhǔn)來(lái)要求。對(duì)含鐵量而言，要控制在0.12%以下，其他雜質(zhì)，如Cu、Zn、Pb、Ca等都有非常低的控制范圍。這對(duì)熔煉的成分控制 提出了非常高的要求。由于對(duì)鋁輪轂鑄件的內(nèi)部冶金質(zhì)量有很高的要求（針孔度要求達(dá)到一級(jí)，不允許有氧化夾雜、縮松、裂紋等任何缺陷等），因此對(duì)鑄造用鋁熔 液的冶金質(zhì)量提出了苛刻的要求。如熔液的含氫量、凈化程度等都要有嚴(yán)格的控制。

2. 為了使輪轂鋁獲得好的綜合性能，因此對(duì)A356合金的 鋁熔液的熔體組織處理也提出了特殊的要求。無(wú)論是硅相的變質(zhì)處理，還是α鋁固溶體的晶粒細(xì)化處理都bi須做到較高的標(biāo)準(zhǔn)。正因?yàn)橛羞@樣苛刻的要求，也就突顯 出A356合金熔煉的特點(diǎn)。配制A356合金的原材料的選擇是熔煉合格A356合金的第yi關(guān)口。無(wú)論是原料化學(xué)成分（包括其主要合金元素和各種雜質(zhì)元素的 含量），還是原料的冶金質(zhì)量（無(wú)論是含氣量還是雜質(zhì)含量）都bi須嚴(yán)格按要求控制。特別是想用廢棄鋁來(lái)煉制汽車輪轂用A356合金，在這方面的控制就更為重 要，建立廢棄鋁分選的質(zhì)量控制體系就是勢(shì)在必行，它是保障生產(chǎn)出合格的A356合金的第yi環(huán)。

bi須嚴(yán)格控制熔煉過(guò)程中的二次污染，這是生產(chǎn) 汽車用輪轂鋁A356合金的第er特點(diǎn)。實(shí)踐表明，鋁液的品質(zhì)在很大程度上將取決于該合金的熔煉過(guò)程有無(wú)二次污染，特別是要求ji高的汽車輪轂用鋁液。有效防 止在熔煉過(guò)程中鋁液與爐襯、爐氣的反應(yīng)，控制熔煉過(guò)程中的增鐵、夾雜和元素的燒損，解決熔煉過(guò)程中鋁液的吸氣和氧化等問(wèn)題將是生產(chǎn)這種高pin質(zhì)汽車輪轂用 A356合金的熔煉技術(shù)核心要點(diǎn)。配制zui有效的熔體處理工序，在A356合金熔煉過(guò)程中，是又一個(gè)特點(diǎn)。這也許會(huì)提高些處理成本，但它是bi須的。熔體的處理有兩部分：熔體的凈化處理和熔體組織控制處理。