趙忠興，馬玉嬌，耿德軍，徐興文

（沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110168）

鋁合金氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉與變質(zhì)劑和清渣劑復(fù)合使用研究

趙忠興，馬玉嬌，耿德軍，徐興文

（沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110168）

研究了氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉處理與變質(zhì)劑、清渣劑復(fù)合工藝的使用情況，分析了不同復(fù)合工藝對(duì)鋁液精煉效果和變質(zhì)效果的影響，分析了變質(zhì)劑、清渣劑的相互影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉與鹽類變質(zhì)劑、清渣劑復(fù)合使用可提高鋁液的精煉效果，對(duì)于采用鍶變質(zhì)劑的鋁合金，清渣劑的使用可增加鍶的燒損，降低鍶的變質(zhì)效果。

氬氣精煉；變質(zhì)劑；清渣劑；復(fù)合應(yīng)用

合理的精煉工藝和變質(zhì)工藝是獲得高質(zhì)量鋁液的基礎(chǔ)，高質(zhì)量的鋁液是獲得優(yōu)質(zhì)鋁鑄件的必要條件。怎樣根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)條件和狀態(tài)，確定鋁液的精煉工藝和變質(zhì)工藝，控制鋁液熔煉質(zhì)量，提升鑄件的內(nèi)部品質(zhì)已經(jīng)得到重視［1、2］。

現(xiàn)行的常用精煉工藝多為氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹工藝和鹽類精煉工藝［3，4］，常用的變質(zhì)工藝是鈉鹽變質(zhì)和鍶變質(zhì)工藝［5，6］，而旋轉(zhuǎn)噴吹工藝精煉效果較好，工藝穩(wěn)定，無(wú)污染，如與清渣劑復(fù)合使用效果更好。鹽類精煉工藝精煉效果較氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹工藝差一些，對(duì)鍶變質(zhì)效果影響較大，尤其是氯鹽類精煉劑，幾乎可以消耗鋁液中50%～90%的鍶，對(duì)變質(zhì)劑的采用有一定的局限性。采用不同的精煉處理工藝和變質(zhì)處理工藝，對(duì)鋁液質(zhì)量的影響是不同的，通過(guò)鋁液致密性的測(cè)試、變質(zhì)效果的分析，研究精煉處理工藝和變質(zhì)處理工藝對(duì)鋁液質(zhì)量的影響，以及這些因素之間的相互作用，對(duì)提高鋁液質(zhì)量是十分必要的。

1　鈉鹽變質(zhì)條件下的復(fù)合使用

試驗(yàn)采用氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉機(jī)，二合一精煉變質(zhì)劑，清渣劑以及它們的不同復(fù)合工藝對(duì)鋁液進(jìn)行精煉處理，試驗(yàn)材料為ZL101A，50?kg石墨坩堝。

使用如下的試驗(yàn)方法處理鋁合金液。

工藝1：?jiǎn)为?dú)使用二合一精煉變質(zhì)劑；

工藝2：二合一精煉變質(zhì)劑與清渣劑復(fù)合使用；

工藝3：氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉與二合一精煉變質(zhì)劑復(fù)合；

工藝4：氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉、二合一精煉變質(zhì)劑、清渣劑三者復(fù)合；

工藝5：氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉、三元變質(zhì)劑復(fù)合；

工藝6：氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉、三元變質(zhì)劑、清渣劑三者復(fù)合。

試驗(yàn)中，氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉時(shí)間15?min，二合一精煉變質(zhì)劑加入量1.5%，三元變質(zhì)劑加入量1.5%，清渣劑加入量1.5%。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　各種復(fù)合工藝精煉與變質(zhì)效果的對(duì)比

二合一精煉變質(zhì)劑既有精煉作用，又有變質(zhì)作用，在實(shí)際生產(chǎn)中易于操作，應(yīng)用較廣泛，但其精煉效果很難達(dá)到1級(jí)針孔度的要求，對(duì)于一些大型的砂型鑄件，局部易產(chǎn)生針孔超標(biāo)，從表1中工藝1試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，精煉后的鋁液密度值并不高。但將二合一精煉變質(zhì)劑與氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉復(fù)合使用，會(huì)使鋁液精煉后的密度值顯著提高，如表1中的工藝3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，達(dá)到1級(jí)針孔度的要求，基本可以保證大型砂型鑄件的針孔度要求，并兼顧鋁液的變質(zhì)要求，這種工藝是目前實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用最多的。

鋁合金的精煉過(guò)程是除氣和除渣的凈化過(guò)程，上述兩種精煉工藝都是浮游法除氣、除渣的原理，浮游的氣泡對(duì)鋁液中夾渣的俘獲作用并不強(qiáng)，體現(xiàn)在鑄件的力學(xué)性能不是很好，可能在鑄件內(nèi)部存在微小的夾雜，影響鑄件的力學(xué)性能。將這兩種精煉工藝與清渣劑復(fù)合使用，既能降低鋁合金液中的夾渣，又能提高鋁合金液的密度，降低鑄件的針孔度等級(jí)。表1中工藝2、4、6與相對(duì)應(yīng)的工藝1、3、5的數(shù)據(jù)說(shuō)明，清渣劑的加入提高了鋁合金液的密度。

二合一精煉變質(zhì)劑操作使用方便，但在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，從單一的作用來(lái)講，它的精煉效果不如氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉工藝，它的變質(zhì)效果與傳統(tǒng)的鈉鹽三元變質(zhì)劑相比要差一些。所以，在近十年氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉工藝快速發(fā)展起來(lái)以后，采用氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉工藝與三元變質(zhì)劑復(fù)合使用，有效的克服了單加三元變質(zhì)劑使鋁合金液含氣量增加的缺點(diǎn)，在保證精煉效果的同時(shí)，使鋁合金的變質(zhì)效果較二合一精煉變質(zhì)劑有所提高，表1中工藝5與工藝3相比、工藝6與工藝4相比，精煉效果基本相同或有提高，但變質(zhì)效果提高，如圖1所示。

圖1　變質(zhì)后金相組織照片

在氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉工藝普遍使用之前，由于鈉鹽變質(zhì)劑具有衰退期，加入鈉鹽后的有效變質(zhì)時(shí)間小于1小時(shí)，一般變質(zhì)工藝多在精煉工藝之后，但鈉鹽加入鋁合金液后往往降低鋁合金液的密度（如圖2所示），增加了含氣量，影響鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，使三元變質(zhì)劑的應(yīng)用有了一些瑕疵，這也是二合一精煉變質(zhì)劑在工廠使用較多的原因；要是鈉鹽保持絕對(duì)的干燥，是不會(huì)增加鋁合金液的含氣量，但實(shí)際生產(chǎn)中很難做?到。如果采用氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉工藝，可以在吹氬氣的同時(shí)加入三元變質(zhì)劑，二者復(fù)合使用，便可有效的克服鋁合金液變質(zhì)后的增氣現(xiàn)象，使單一鈉鹽變質(zhì)劑的應(yīng)用趨于合理。

圖2　 鈉鹽加入時(shí)間對(duì)密度的影響

2　鍶變質(zhì)條件下的復(fù)合使用

試驗(yàn)采用氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉機(jī)，鋁鍶合金（含鍶10%），清渣劑以及它們的不同復(fù)合工藝對(duì)鋁液進(jìn)行精煉處理，試驗(yàn)材料ZL101A，50?kg石墨坩堝。

使用如下的試驗(yàn)方法處理鋁合金液。

工藝7：氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉、鍶變質(zhì)復(fù)合；

工藝8：二合一精煉變質(zhì)劑、鍶變質(zhì)復(fù)合；

工藝9：氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉、鍶變質(zhì)、清渣劑三者復(fù)合。

試驗(yàn)中，氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉時(shí)間15?min，鍶的加入量0.04%，二合一精煉變質(zhì)劑加入量1.5%，三元變質(zhì)劑加入量1.5%，清渣劑加入量1.5%。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　各種復(fù)合工藝精煉與變質(zhì)效果的對(duì)比

為了得到長(zhǎng)效的變質(zhì)效果，克服鈉鹽變質(zhì)衰退快的缺點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中使用鍶變質(zhì)可獲得4～8?h的有效變質(zhì)時(shí)間，但鍶變質(zhì)的最大缺點(diǎn)是對(duì)精煉劑有選擇，增加鋁合金液的吸氣傾向。

采用氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉、鍶變質(zhì)復(fù)合（工藝7）是目前實(shí)際生產(chǎn)中常用的工藝措施，它的優(yōu)點(diǎn)在于既可以獲得較好的精煉效果，又能獲得良好的變質(zhì)效果，對(duì)鍶的燒損最少。采用鹽類精煉方法與鍶變質(zhì)相復(fù)合使用的工藝已很少使用，原因在于鹽類精煉劑對(duì)鍶的燒損過(guò)大；如使用六氯乙烷精煉和鍶變質(zhì)復(fù)合使用，鍶的燒損大于50%，，使鍶的變質(zhì)效果幾近消失。采用二合一精煉變質(zhì)劑與鍶變質(zhì)復(fù)合（工藝8）的精煉效果不理想，但變質(zhì)效果良好，甚至好于單一的鍶變質(zhì)效果，可能是兩種變質(zhì)方法鈉鹽變質(zhì)效果與鍶變質(zhì)效果有一定疊加作用。在氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉、鍶變質(zhì)復(fù)合基礎(chǔ)上添加清渣劑，有助于提高鋁合金液的精煉效果（工藝9），但對(duì)于鍶有一定燒損，從而影響鍶的變質(zhì)效果，至于鍶的燒損大小取決于清渣劑的具體成分，及與鍶的反應(yīng)傾向。

鋁合金液加入鍶后，會(huì)顯著增加鋁合金液的含氣量，這可能與鍶的固氫作用有關(guān)，鋁合金液的含氣量增加多少與鋁合金液精煉后的時(shí)間有關(guān)，也與鋁合金中鍶的加入量有關(guān)，如圖3示，隨著鋁合金液精煉后使用時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁合金液的含氣量明顯增加，在超過(guò)1.5h后，鑄件的針孔度等級(jí)基本上大于三級(jí)，對(duì)于砂型鑄件，鑄件上針孔已經(jīng)明顯出現(xiàn)；另外，鋁合金液中含鍶量越大，吸氣傾向越大。

3　結(jié)論

（1）采用氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉與鹽類變質(zhì)劑、清渣劑復(fù)合使用可提高鋁合金液的精煉效果，如采用三元變質(zhì)劑可獲得良好的變質(zhì)效果。

（2）氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉與鍶變質(zhì)劑、清渣劑復(fù)合使用對(duì)提高鋁合金液的精煉效果有利，但會(huì)增加鍶的燒損。

圖3　精煉后時(shí)間對(duì)密度的影響

[1] D.P.K.Singh. Analyzing Aluminum Melt Quality from Furnace to Mold[J]. Modern Casting, 2001, 91(5):44～46.

[2] 趙忠興，金光，張顯飛，等. 鋁液從熔化到澆鑄過(guò)程的質(zhì)量變化及分析[J].鑄造技術(shù)，2005，26（3）：230～232.

[3] 陳渭臣，黃興波．鋁合會(huì)熔體處理的研究近況[J]．鑄造,2003，23(6)：384～386.

[4] A.N.Khorasani. Effect of Degassing on Aluminum- Silicon Alloys[J]. AFS Transactions，1997(7)：515-519.

[5] 元效剛，王玉厚，邊秀房.Al-Ti-B-Sr對(duì)AI-Si-Mg合金的變質(zhì)細(xì)化作用[J].輕合金加工技術(shù)，2000,28(7):10-12.

[6] F.J.Tavitas-Medrano, J.E.Graleski, F.H.Samuel. Effect of Mg Srmodification on the mechanical properties of 319-type aluminum cast alloy subjected to artificial ageing[J]. Materials Science and Engneering A, 2008, 480: 356～364.

[7] 趙延闊，李紅英，王曉峰,等.不同變質(zhì)劑對(duì)4032鋁合金變質(zhì)效果的影響[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011,42(2);361～367.

[8] 韓成年. 鋁熔體的氧化吸氣與旋轉(zhuǎn)噴吹氬氣精煉[J]. 中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2001(4).

Compound Treatment Study of Rotation-injection Argon Gas Degassing、Modifer?and?Clearing Inclusion Flux for Aluminum Alloy

ZHAO?ZhongXing，MA?YuJiao，GENG?DeJun，XU?XingWen
（?Shenyang?Ligong?Universerty，?Shenyang?110168，?Liaoning，China）

In?this?paper，?the?compound?treatment?effect?of?rotation-injection?argon?gas?degassing、modifer?and?clearing?inclusion?flux?is?studied?and?the?effection?of?different?compound?treatment?technology?on?modify?and?refinet?is?analysed?for?aluminum?alloy.?The?results?show?that?compound?treatment?technology?of?rotationinjection?argon?gas?refning、modifer?and?clearing?inclusion?fux?can?increase?effect?of?aluminum?alloy?refned，?clearing?inclusion?fux?increase?the?burning?of?strontium?modifer?and?reduce?the?effect?of?strontium?modiftion?for?strontium.modiftion?aluminum?alloy.

Argon?gas?refning；?Modifer；?Clearing?inclusion?fux；?Compound?treatment

TF821:TG292;

A；

1006-9658（2015）04-0056-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.04.016

2015-05-13

稿件編號(hào):1505-931

趙忠興(1963—)，男，博士，教授，研究方向是鑄造鋁合金.