【摘要】：鋁合金的熔煉對鋁材的功用和最終運用發(fā)生很大的影響。因而，熔煉是對金相組織和性能起很大的作用。本文講述了鋁合金的熔煉工藝，澆注溫度、變質(zhì)處理等熔煉參數(shù)對鋁合金組織和力學(xué)性能的影響。

【關(guān)鍵詞】：鋁合金熔煉；變質(zhì)處理

一、合金熔煉工藝

熔煉前需將硅粒和鋁塊等金屬表面的油污和氧化膜清除，用砂紙打磨，清除完后擦干，對坩堝及在實驗過程中與金屬液接觸的工具進行刷涂料并烘干預(yù)熱。在進行澆注前，需要扒渣清理干凈。

首先備料和裝料，將按80%Al-20%Si稱好的鋁塊和硅粒同時加入中頻感應(yīng)爐的坩堝中。加料時各種物料必須進行烘干去除水份及物料表面的氧化物，以防在加料時水份和氧化物與金屬液接觸引起爆炸或噴濺，造成危害事故。當坩堝被加熱到暗紅色的時候，先將回爐料放置于坩堝底部，然后再加入結(jié)晶硅，最后在將純鋁錠壓在結(jié)晶硅的上方，如圖所示。

裝料示意圖

圖示加料方法比使用低溫加硅法更好。低溫加硅法是在鋁的凝固點附近呈糊狀時加入經(jīng)預(yù)熱的硅，但鋁液表面的氧化膜被硅破壞，增加了鋁的燒損，且硅本身易被氧化，在硅表面形成組織致密、熔點高達1713℃的氧化膜，使硅原子無法向鋁液擴散，硅的熔化速度降低，使合金的熔化時間加長，浪費能源。而一次性熔煉法的加硅方法，能補償?shù)蜏丶庸璺?，因為熔點低的回爐料先熔化，結(jié)晶硅和純鋁錠受到重力的作用，順利地浸入已熔化的鋁液中，使鋁液表面的氧化膜不被破壞，該膜仍能發(fā)揮覆蓋作用，因而使硅不被氧化，加快了硅原子在鋁液中的擴散溶解速度，使熔煉時間變短，合金的氧化變少。

其次，升溫和測溫：溫度必須控制在750—800℃之間，嚴格控制溫度，降溫時要強烈攪拌成為糊狀，可加硅粒，加硅粒時一定要邊加邊攪拌，逐漸加入，一直到加完一爐的硅粒，使硅粒在體系內(nèi)均勻地分布，在加硅時，不能升溫。

之后進行變質(zhì)處理和澆注，在760～800℃的變質(zhì)溫度中，加入爐料質(zhì)量的1%，變質(zhì)時間為15min；扒渣之后，選擇760℃、780℃和800℃三個澆注溫度將熔體倒入準備好的砂模中，等到完全凝固后，進行脫模。最后制樣和觀察不同澆注溫度和變質(zhì)處理后的鑄態(tài)組織特征。

二、影響熔煉的因素

1、結(jié)晶硅粒度

粒度過大，減少了結(jié)晶硅與鋁液的接觸面積，使硅的溶解和擴散速度減慢，熔煉時間加長，不僅浪費燃料，還容易吸氣，導(dǎo)致鋁液質(zhì)量惡化。粒度太小，則容易被氧化渣卷入浪費掉。因為體硅比重2.33，熔點1430Co，7000c而鋁液比重2.37。加上液體鋁的表面張力作用，在熔煉過程中硅塊始終飄浮在鋁液的表面上。當熔煉溫度比硅的熔點低時，硅進入鋁中的方式只能是溶解，而不是熔化后與鋁混合成為合金的。硅只能在硅與鋁液的接觸面上進行溶解，因此在鋁-硅界面形成的局部硅的高濃度區(qū)域，在熔煉過程中通過擴散作用中（主要靠攪拌），使高濃度區(qū)逐漸降低，才能使硅繼續(xù)溶解。溶解速率與硅塊的質(zhì)量有關(guān)，大塊溶解得慢，小塊溶解得快，但比較細小的粉粒易被氧化。

2、熔煉溫度

熔煉溫度對初晶硅的尺寸有較大的影響，在鋁液沒變質(zhì)前，我們分別在760、780和800℃澆注試塊，結(jié)果表明，溫度不斷升高，初晶硅晶粒由大變小，在800℃時，初晶硅以細小顆粒均勻地分布在基體中。因為，隨著溫度升高硅原子的擴散更充分。

3、凝固冷卻速度

金屬液在凝固時，提高冷卻速度可以使金屬液獲得較大的過冷度，增加形核速率，可獲得較細小的晶粒。影響冷卻速度的因素主要有澆注溫度：提高澆注溫度，并且把型腔加熱到較高溫度，降低了溫差，減小了冷卻速度，可使晶粒稍微粗化。

4、變質(zhì)處理

稀土變質(zhì)使針片狀的共晶硅細化成粒狀或短桿狀，而且還使初晶硅的粒度減少，此外稀土在鋁液中可以形成含稀土的金屬間化合物，在熔體結(jié)晶時作為外來的結(jié)晶晶核，使合金的組織細化。

三、實驗結(jié)果及分析

變質(zhì)處理，800℃（×100）變質(zhì)處理，780℃（×100）變質(zhì)處理，760℃（×100）

未變質(zhì)處理，800℃（×100）未變質(zhì)處理，780℃（×100）未變質(zhì)處理，760℃（×100）

進行熔煉過程中，溫度越高，硬度值也越大。未加入變質(zhì)劑的合金硬度值比變質(zhì)的硬度值低。稀土變質(zhì)不僅使初晶硅的粒度稍有減少，而且還使針片狀的共晶硅細化成短桿狀或粒狀。溫度升高過程中，初晶硅晶粒由大變小，800℃時，初晶硅以細小顆粒在基體中均勻地分布，這是因為，溫度升高使硅原子的擴散更充分。

四、結(jié)論

據(jù)上述分析，低溫熔煉能有效地防止硅的氧化。（Al一Si）被固體層中的硅粒所包圍，硅與氧氣隔絕； 固體層的覆蓋保護了在凝固層和液體層中的硅粒，使其無法與空氣中的氧接觸，防止了氧化。應(yīng)把增鍋底部的澆冒口舊料熔化形成溶池，使結(jié)晶塊在上層爐料的浸入熔池被鋁液包裹，不能上浮，這樣有效地防止了結(jié)晶硅的氧化，保護了鋁液氧化膜，使硅在合金中分散均勻，提高了合金的性能。

試驗表明，未經(jīng)變質(zhì)處理時的合金，如上圖所示，顯微組織中初晶硅呈骨骼狀或大片狀，共晶硅呈粗條狀成分布不均勻的堆密集、固溶體枝晶較粗大。變質(zhì)處理后共晶硅呈細短條或點狀彌散分布，達到了初晶硅和共晶組織雙重細化的目的。

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