除雜劑對鋁合金含氣量和力學性能的影響

牟宜華，徐小林，趙忠興

（1.重慶衡山機械有限責任公司，重慶 404100；2.沈陽理工大學，遼寧沈陽 110168）

鋁合金中夾雜物的存在對鋁合金鑄件的鑄造性能和力學性能影響較大[1,2]，在鋁合金熔煉過程中，夾雜物與氫含量有著密切的關系，夾雜含量大將會增加鋁液的含氫量[3，4]，降低鑄件的使用性能和使用壽命。在鋁合金鑄件的生產中，去除鋁液中的夾雜是獲得優質鑄件的重要手段，國內外的很多學者研究多種除雜劑[5-8]，對鋁合金液中夾雜具有較明顯的去除效果，鑒于此，為了提高鋁液的凈化效果，我們研發了SG1 型除雜劑，進行了試驗研究，取得了較好的使用效果。

1 試驗條件和試驗方法

試驗材料采用ZL105A 合金，除雜劑選用自配的除雜劑SG1 號，除雜劑加入量0.5%～1.5%，加入溫度670～690℃，除雜劑的加入方式采用手工方式和機械方式兩種，手工加入方式是用鐘罩將除雜劑壓入到坩堝底部，用手工攪拌直至除雜劑反應完畢；機械方式加入是采用除雜機，在攪拌棒高速旋轉狀態下（600 r/min～800r/min），攪拌吹頭將鋁液中心攪出一個旋渦，由送料裝置將除雜劑在規定的時間內均勻加入。

試驗方法如下：

（1）手工加入除雜劑+氬氣旋轉噴吹精煉15min，測試鋁液減壓試樣密度和力學性能。

（2）機械加入除雜劑+氬氣旋轉噴吹精煉15min，測試鋁液減壓試樣密度和力學性能。

（3）機械加入除雜劑+氬氣旋轉噴吹精煉15min，不同清渣劑加入量對減壓試樣密度和力學性能的影響。

（4）除雜劑加入方式對鎂、鍶含量的影響。

采用沈陽理工大學研制的SGJ-I 型鋁合金液精煉效果檢測儀測試鋁液減壓試樣密度，用于評價鋁液含氣量。

2 試驗結果及分析

2.1 除雜劑加入方式對含氣量和力學性能的影響

采用手工方式加入除雜劑，操作人員的操作方法對除雜劑的效果影響較大。在手工加入方式中，除雜劑與鋁合金液的混合狀態并不理想，而采用機械加入除雜劑，在吹頭的高速旋轉下，除雜劑能與鋁合金液較好的混合，增加了除雜劑與鋁合金液的接觸面積，提高了除雜劑與鋁合金液中夾雜的碰撞概率，將其捕獲帶出到液體表面，減少了液體內的微小夾雜，起到了更好的除雜效果，從而提高了合金的力學性能。除雜劑的加入量1%，與后續的氬氣精煉結合，對合金的含氣量和力學性能的影響如表1 所示。

2.2 除雜劑加入量對含氣量和力學性能的影響

采用機械加入除雜劑+氬氣旋轉噴吹精煉15min 工藝，除雜劑的加入量分別為0.5%、1%、1.5%，試驗數據如表2 所示。

表2 除雜劑加入量對含氣量和力學性能的影響

由表2 的試驗數據可以看出，除雜劑加入量由0.5%增加到1%，減壓試樣的密度增加，力學性能增加，但在由1%增加到1.5%，減壓試樣的密度和力學性能不再增加。從理論上分析，除雜劑加入量的增加應該使鋁合金液中的夾雜有更多的機會與除雜劑接觸，從而降低鋁液中的夾雜數量。在除雜劑加入量由0.5%增加到1%時，這種傾向較為明顯，減壓試樣的密度及力學性能均得到提高。但除雜劑加入量在由1%增加到1.5%，這種增加的傾向消失了，減壓試樣的密度值和拉伸強度還有微小的下降。從清渣試驗操作的過程分析，坩堝直徑固定后，隨著加入量的增加，除雜劑加入到鋁液表面后分散狀態開始變差，出現了團聚的現象，反而降低了除雜效果。

由此可見，對于實際生產中固定的熔化爐，在坩堝尺寸一定的條件下，除雜劑的加入應該有一個相對優化的加入量，過多和過少處理的效果都不是很理想，這需要在實際生產中摸索。

2.3 減壓凝固低倍組織

試驗中澆鑄減壓凝固試樣的條件為：真空表指示減壓壓力-0.092MPa～-0.098MPa、坩堝預熱溫度150℃±50℃、澆鑄量50g～80g，選用薄壁坩堝。試驗中不同密度減壓凝固試樣低倍組織如圖1 所示。

圖1 不同密度減壓凝固試樣低倍組織

由圖1 低倍組織觀察，在未進行除雜和除氣處理狀態下，鋁合金液的含氣量較大，低倍試樣上分布大量氣孔，由于ZL105A 合金結晶溫度范圍較寬，接近于體積凝固方式，氣孔分布在整個試樣的斷面上。在對合金液進行除雜和除氣處理后，合金液的含氣量明顯減少，在密度大于2.68 g/cm3后，針孔度等級已經小于1 級，在減壓凝固試樣上已經看不到氣孔。

2.4 除雜劑加入方式及加入量對鎂、鍶含量的影響

除雜劑加入方式和加入量對Mg 和Sr 元素的燒損率如表3 所示。

由表3 的試驗數據分析，機械加入除雜劑的方式對合金元素的燒損比手工加入方式要大，加入除雜劑數量越多，元素的燒損就越多，這與除雜劑在鋁合金液的分散程度有關，與除雜劑和鋁合金液中元素的接觸碰撞有關。隨著所加入的除雜劑比例增加和在鋁合金液中分散度的增加，元素的燒損逐漸增加。由于Sr 的化學活潑性較Mg 高，導致鋁合金液中Sr 的燒損最大。

表3 清渣劑加入量對含氣量和力學性能的影響

3 試驗結論

（1）以機械方式加入除雜劑，可有效增加除雜劑在鋁合金液中分散度，除雜效果較好，降低了鋁液的含氣量，提高了合金的力學性能。

（2）隨著除雜劑加入量的增加，在加入量從0.5%提高到1%時，鋁合金液的含氣量降低，力學性能提高；在加入量從1%提高到1.5%時，鋁合金液的含氣量和力學性能變化不大。

（3）以機械方式加入除雜劑對Mg 和Sr 的燒損增加，且隨著加入量的增加，燒損量也增加。