靜置時間對Sb-Te聯合變質ZL101A的影響

薛永軍，宗紹迎，梁福順（山西汾西重工有限責任公司，山西太原 030027）

靜置時間對Sb-Te聯合變質ZL101A的影響

薛永軍，宗紹迎，梁福順
（山西汾西重工有限責任公司，山西太原 030027）

利用掃描電鏡分析、能譜分析、抗拉強度分析，研究了靜置時間對Sb、Te聯合變質ZL101A的影響。結果表明，隨著靜置時間的延長，ZL101A合金的組織不斷細化，45 min后，變質效果達到最佳，合金的抗拉強度也從298 MPa增加到329 MPa，隨著時間的延長，變質效果沒有衰退現象。

靜置時間；Sb；Te；ZL101A；變質處理

ZL101A合金是應用比較廣泛的鑄造鋁硅合金之一，由于其質量輕，比強度、比剛度高，特別受到航空航天、船舶以及汽車工業的青睞。由于Al-Si合金中Si含量比較高，板片狀的共晶硅嚴重制約鋁硅合金性能的發揮。通常情況下，為了提高合金的力學性能，鑄造鋁硅合金要進行變質處理。工業生產中普遍采用的是鈉鹽變質、鍶變質等，但鈉鹽變質屬于短效變質，變質效果持續時間在30 min左右，鍶變質屬于長效變質，但變質過程中吸氣傾向大［1］。Sb、Te聯合變質作為一種長效變質劑，避免了鈉變質和鍶變質的不足。本文論述了Sb、Te聯合變質過程中靜置時間對變質效果的影響。

1　試驗方法

首先將ZL101A合金在坩堝電阻爐中熔化，待溫度達到720 ℃時，分別加Sb、Te變質劑，攪拌均勻，然后用C2Cl6進行精煉，精煉劑加入量為0.6%～1%，精煉溫度控制在720～750 ℃。精煉完成后，鋁液分別靜置15、30、45、90 min，采用差壓澆注工藝進行澆注，鑄型為砂型，澆注后的試樣分別標記為試樣1#、試樣2#、試樣3#和試樣4#。澆注工藝參數如下：澆注溫度700～720 ℃，升液速率40～50 mm/s，充型速率50～60 mm/s，保壓壓差80～100 kPa，保壓時間5～7 min。澆注完成后，試樣進行T6處理，工藝參數執行GB/T1173—1995，淬火轉移時間≤15 s。生產完成后的試樣經過打磨、拋光，并經HF酸腐蝕后進行SEM掃描，并進行抗拉強度檢測。

2　試驗結果

2.1試樣化學成分分析結果（表1）

表1　試樣化學成分

2.1金相組織

金相組織見圖1。從SEM照片可以看出，試樣1#的共晶硅沒有完全細化，有大量的板片狀共晶硅存在，試樣2#中大部分共晶硅已經顆粒化，但仍有少量板片狀共晶硅沒有完全粒化。試樣3#中共晶硅已經完全顆粒化，而且分布較均勻。試樣4#的SEM照片與試樣3#的基本相同，表明隨著時間的延長，變質效果沒有衰退。

2.2抗拉強度檢測

圖1　不同試樣的SEM照片

試樣的抗拉強度檢測結果見圖2。從圖2可以看出，隨著靜置時間的延長，抗拉強度從15 min時的298 MPa，增加到了45 min時的329 MPa，并且隨著時間的延長，抗拉強度沒有明顯的下降趨勢。

圖2　抗拉強度與靜置時間的關系

2.3分析與討論

Sb、Te變質過程中，Sb能夠消除鋁熔體中共晶硅的異質形核核心，增加共晶硅結晶凝固的過冷度，共晶硅將以纖維狀和板片狀之間的中間狀態生長，能夠使共晶硅變得細小。Te的作用是阻礙Si的側向生長，在Si相前沿富集，有選擇的吸附，最后進入晶體產生孿晶，使共晶硅的生長產生分支，從而細化共晶硅［2］。

通過對靜置15 min的試樣進行SEM分析、EDS分析，從放大500倍的SEM照片，發現有一處組織中仍有未溶解的單質Sb存在，見圖3所示A處。該處EDS分析結果表明，wSb含量高達74.26%，wAl為1 9.66%。表明Sb在加入15 min后仍有部分沒有完全溶解進入鋁液中。由于靜置15 min后仍有Sb沒有完全溶解，因此Sb的變質作用沒有完全發揮，變質效果較差。

隨著時間的延長，達到30 min時變質合金的晶粒較15 min時進一步細化，但仍有少量的板片狀的共晶硅存在。在靜置30 min的試樣中沒有發現未溶解的單質Sb，但Sb溶解后發揮變質細化作用還需要一定的孕育期，所以30 min時變質效果仍沒有達到最佳。再隨著時間的延長，Sb的變質作用完全發揮，變質效果達到了最佳。而且變質作用沒有衰退現象。

Sb的熔點630.5 ℃，Te的熔點450 ℃，在聯合變質過程中，Te能夠在較短時間內溶解進入鋁液中，發揮變質作用，但Sb的熔點較高，其完全溶解需要較長的時間，而且溶解后的Sb要完全發揮變質作用，還需要一定時間。因此決定Sb、Te聯合變質的效果主要靠熔點較高的Sb的完全溶解。

抗拉強度的測試結果也與SEM照片的分析結果相一致。合金的抗拉強度在15 min時為298 MPa，隨著時間的延長抗拉強度呈直線上升，到45 min時達到329 MPa，并且隨著時間的延長，抗拉強度沒有下降趨勢。

圖3　未溶解的Sb掃描照片及其EDS能譜分析

3　結論

（1） Sb、Te聯合變質能夠細化ZL101A的共晶硅，提高合金的力學性能，合金差壓鑄造條件下的抗拉強度優于GB/T1173—1995。

（2） Sb變質劑存在較長的孕育期，變質效果在45 min左右達到最佳。

（3） Sb、Te聯合變質具有長效性。

［1］ 張忠華，邊秀房. 鍶變質處理對熔體吸氫及氣孔形態的影響［J］.鑄造，1999（1）：5-7.

［2］ 龍文元，堯軍平. Sb和Te變質對A357合金組織和性能的影響［J］.特種鑄造及有色合金，2003，33（7）：601-603.

［3］ 李升，于彤， 楊保安，等. ZL101A合金用磷碳復合變質劑的研究［J］.中國鑄造裝備與技術，199（6）：21-22.

Effects of Standing Time on ZL101A Alloy with Sb Te Composite Modifi cation

XUE YongJun， ZONG ShaoYin， LIANG FuShun
（Shanxi Fenxi Heavy Industry CO.， LTD.， Taiyuan 030027，Shanxi，China）

Studied effects of standing time on ZL101A alloy modifi ed with a Te-Sb composite modifi er by using SEM、 EDS and Tensile test analysis. The study suggests that the microstructure of the alloy become more refi ner with standing time prolonging，and the effects of modifi cation reach peak after 45 min，tensile strength of the alloy improved from 298 MPa to 329 MPa. The modifi cation effects don't decline with the standing time prolonging.

Standing time；Sb；Te；ZL101A

TG146.2；

A；

1006－9658（2015）02-0004-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.02.002

2014-11-27

稿件編號：1411-719

薛永軍（1978—），男，工程師，主要從事鋁合金差壓鑄造方面的工作.