不同Al-Si原料對合金鑄錠質量影響的研究

殷云霞， 黃巖超， 姜德俊， 李曉楠

(東北輕合金有限責任公司， 黑龍江 哈爾濱 150060)

不同Al-Si原料對合金鑄錠質量影響的研究

殷云霞， 黃巖超， 姜德俊， 李曉楠

(東北輕合金有限責任公司， 黑龍江 哈爾濱 150060)

本文對不同廠家生產的Al-Si中間合金在外形、實收率等方面進行了對比，分析討論了使用兩個不同廠家生產的Al-Si中間合金生產工藝對4004及4032合金鑄錠質量的影響，根據各項分析結果得出了初步結論。

Al-Si中間合金； 生產工藝； 4004合金； 4032合金

0 前言

由于硅易于氧化，如果直接將結晶硅加入鋁熔體會造成很大的燒損，難于準確控制鋁合金的成分，所以一般先制成Al-Si中間合金(熔點約為700 ℃)加入到鋁合金中，這樣不但縮短了熔煉時間，提高生產效率，還減少了燒損，減少了鋁合金熔體氧化、夾渣和吸氣，有利于提高鋁合金的質量。

隨著高硅合金生產量的增多，公司購進了不同廠家生產的的Al-Si中間合金，通過兩個不同廠家生產的Al-Si中間合金及使用到產品中進行對比，初步得出結論。

1 試驗內容

1.1 Al-Si中間合金外觀質量對比

廠家甲熔煉Al-Si中間合金使用天燃氣爐，制備的Al-Si中間合金尺寸為630 mm×180 mm×90 mm，每塊重約15 kg，廠家乙熔煉Al-Si中間合金使用煤氣爐，制備的Al-Si中間合金尺寸為670 mm×150 mm×50 mm，重約8 kg；從總體積方面講，廠家甲生產Al-Si中間合金的體積大于廠家乙生產Al-Si中間合金，中間合金表面均為亮灰色。

圖1 廠家甲生產Al-Si中間合金

圖2 廠家乙生產Al-Si中間合金

1.2 Al-Si中間合金成分

廠家甲與廠家乙生產的Al-Si中間合金Si含量均在18%～22%之間。

1.3 Al-Si中間合金在4004合金中的應用

1.3.1 Si的實收率

本批使用不同廠家Al-Si中間合金共生產33爐4004合金，投料結構基本相同，現將4004合金配料時使用廠家甲制備的Al-Si中間合金定為方案一，4004合金配料時使用廠家乙Al-Si中間合金定為方案二，兩種方案生產的4004合金Si的實收率見表1。

表1 Al-Si中間合金不同生產廠家實收率對比

通過以上表格可以看出廠家甲與廠家乙生產的Al-Si中間合金使用到4004合金中平均實收率大致相等，都已超過100%。

1.3.2 4004合金鑄錠全分析結果

在使用不同廠家Al-Si中間生產的4004合金中，鑄錠底部切去200 mm后加切20～30 mm厚的鑄態試片進行鑄錠質量全分析，質量對比結果如下：

1.3.2.1 化學成分

分別在鑄錠試片厚度及寬度方向的邊部、1/4處、中心處取20 mm×20 mm試樣進行化學成份分析(見表2)。

表2 方案一生產的4004合金成分

表3 方案二生產的4004合金成分

由表2與表3數據可以看出，使用不同廠家的Al-Si生產的4004合金的化學成分均符合國標，但方案一Si的最大偏差要比方案二的稍大。

1.3.2.2 低倍組織

使用不同廠家Al-Si中間生產的4004合金中，鑄錠無裂紋、夾渣等缺陷，表面質量良好。

1.3.2.3 高倍組織

4004合金鑄態的高倍組織見圖3。

圖3 4004合金鑄錠鑄態高倍組織

其中a1、b1、c1分別為方案一生產4004鑄錠寬度方向中心至邊部的高倍組織照片；a2、b2、c2分別為方案二生產4004鑄錠寬度方向中心至邊部的高倍組織照片；從鑄錠中心到邊部枝晶間距逐漸變小，枝晶臂逐漸變厚，符合順序結晶的規律。整體來看，兩種方案生產4004鑄錠結晶規律較明顯，且兩種方案生產的4004合金鑄錠高倍組織中都沒有發現初晶硅，共晶硅的尺寸肉眼無法區別。

1.3.2.4 力學性能

分別在鑄錠試片的中心厚度至邊部切取20 mm×120 mm試樣，進行鑄錠力學性能對比(見圖4～圖7)。Fm——最大力;Fm——抗拉強度;Rp0.2——屈服強度;A——斷后伸長率。

圖4 兩種方案生產的4004合金的最大力對比曲線

圖5 兩種方案生產的4004合金的抗拉強度對比曲線

圖6 兩種方案生產的4004合金的屈服強度對比曲線

圖7 兩種方案生產的4004合金的相對伸長率對比曲線

由圖2到圖7可以看出，使用不同廠家Al-Si生產的4004合金其最大力與抗拉強度相差不多，廠家甲Al-Si中間合金生產的4004合金的屈服強度與相對伸長率略高于廠家乙的Al-Si中間合金生產的4004合金。

1.4 Al-Si中間合金在4032合金中的應用

1.4.1 Si的實收率

本批使用不同廠家Al-Si中間合金生產14爐4032合金，其投料結構大致相同，現將4032合金配料時使用廠家甲制備的Al-Si中間合金定為方案三，4032合金配料時使用廠家乙Al-Si中間合金定為方案四，兩種方案生產的4032合金Si的實收率見表4。

通過以上表格可以看出廠家甲與廠家乙生產的Al-Si中間合金使用到4032合金中平均實收率大致相等，都已超過100%。

表4 Al-Si中間合金不同生產廠家實收率對比

1.4.2 4032合金鑄錠全分析結果

在使用不同廠家Al-Si中間生產的4032合金中，鑄錠切20～30 mm厚的鑄態試片進行鑄錠質量全分析，質量對比結果如下：

1.4.2.1 化學成分

分別在鑄錠試片厚度及寬度方向的中心、1/4處、邊處取20 mm×20 mm試樣進行化學成分分析見表5。

表5 方案三生產的4032合金成分

表6 方案四生產的4032合金成分

由表5與表6數據可以看出，使用不同廠家的Al-Si生產的4032合金的化學成分均符合我公司內控技術標準，但方案四Si的最大偏差要比方案三大的多。

1.4.2.2 低倍組織

使用不同廠家Al-Si中間生產的4032合金中，鑄錠無裂紋、夾渣等缺陷，初晶硅尺寸均合格，鑄錠表面質量良好。

1.4.2.3 高倍組織

4032合金鑄態的高倍組織如圖8。

圖8 4032合金鑄錠鑄態高倍組織

其中a3、b3、c3分別為方案三生產4032圓錠中心至邊部的高倍組織照片；a4、b4、c4分別為方案四生產4032圓錠中心至邊部的高倍組織照片；兩種方案生產的鑄錠從中心到邊部枝晶間距逐漸變小，枝晶臂逐漸變厚，符合順序結晶的規律。肉眼觀察兩種方案生產的4032鑄錠高倍組織的差異不大。

2.4.2.4 力學性能

分別在鑄錠試片的中心厚度至邊部切取20 mm×120 mm試樣，進行鑄錠力學性能對比(見圖9～圖11)。Rm——抗拉強度;Rp0.2——屈服強度;A——斷后伸長率。

圖9 兩種方案生產的4032合金的抗拉強度對比曲線

圖10 兩種方案生產的4032合金的屈服強度對比曲線

圖11 兩種方案生產的4032合金的相對伸長率 對比曲線

由圖可以看出，使用不同廠家Al-Si生產的4032合金其抗拉強度相差不多，但使用廠家甲Al-Si中間合金生產的4032合金的屈服強度與相對伸長率高于廠家乙Al-Si中間合金生產的4032合金。

2 試驗結論

通過以上分析及結果得出以下結論：

(1)廠家甲與廠家乙生產的Al-Si中間合金使用到4004與4032合金中化學成分比較穩定，Si的平均實收率相差不大。

(2)使用廠家乙Al-Si中間合金生產的4032合金鑄錠端面Si元素的偏差大。

(3)兩種方案生產的4004與4032合金鑄錠的鑄態高倍組織可以看出，鑄錠中心到邊部枝晶間距逐漸變小，枝晶臂逐漸變厚，符合順序結晶的規律，共晶硅的尺寸肉眼看不出區別。

(4)兩種方案生產的4004與4032合金最大力與抗拉強度相差不多，但使用廠家甲Al-Si中間合金生產的4004與4032合金的屈服強度與相對伸長率均略高于使用廠家乙Al-Si中間合金生產4004與4032合金。

Quality Research of Alloy Casting Affected by Different Al-Si Material

YIN Yun-xia, HUANG Yan-chao, JIANG De-jun, LI Xiao-nan

(Northeast Light Alloy Co., Ltd. Harbin 150060, China)

The paper compares Al-Si interalloy produced by two different factories in shape and extraction yield, analyses and discusses quality of 4004 and 4032 alloys affected by this two Al-Si material, and gives preliminary conclusions according to analysis and experimental results.

Al-Si interalloy； production process； 4004 alloy； 4032 alloy

2014-08-26

殷云霞(1982-)，女，山東寧陽人，工程師，大學本科，主要從事鋁合金工藝研究工作，現任東北輕合金有限責任公司熔鑄廠技術科區域工程師。

黃巖超(1981-)，男，黑龍江克東人，工程師，大學本科，主要從事鋁加工設備研究工作，現任東北輕合金有限責任公司熔鑄廠技術科區域工程師。

TG146.21

B

1003-8884(2014)05-0040-05

姜德俊(1981-)，男，遼寧大石橋人，工程師，大學本科，主要從事鋁合金工具及工藝研究工作，現任東北輕合金有限責任公司熔鑄廠技術科區域工程師。