行業動態

鋁鈦硼細化劑對鋁合金壓鑄件局部收縮的影響

摘要

針對鋁合金壓鑄件的鑄造缺陷，試驗了使用鋁鈦硼細化劑對鋁液進行細化處理后的效果。結果發現，沒有使用鋁鈦硼細化劑生產的壓鑄件，會在壓鑄件局部壁厚部位產生縮坑、縮裂或者內部出現縮松、縮孔等較明顯的鑄造缺陷，而使用了鋁鈦硼細化劑的鑄件，無論外觀縮坑、縮裂或者內部縮松、縮孔等缺陷均得到了明顯的改善。經過對力學性能的測試，使用鋁鈦硼細化劑的鑄件，在力學性能上明顯優于沒使用鋁鈦硼細化劑的壓鑄件。

隨著壓鑄件的設計越來越復雜，對其品質的要求也越來越高，生產過程中，盡管采用了一些先進的工藝，比如利用模溫機來保證模具溫度的穩定，使用高壓點冷機及局部擠壓消除局部縮松，采用抽真空壓鑄減少壓鑄件內部氣孔等措施，但是由于部分壓鑄件比較復雜，在要求比較嚴格的厚壁部位，通過以上措施無法全部解決其收縮熱裂等鑄造缺陷，導致壓鑄件廢品率較高，給生產成本造成較大壓力。

本課題通過鋁合金液添加Al-Ti-B細化劑，對壓鑄鋁合金液進行細化處理，改善鋁液的內部組織，來減少其在凝固過程中的收縮，保證壓鑄件內部組織的致密性。經對添加Al-Ti-B細化劑前后對壓鑄件的金相組織、外觀形態及力學性能進行對比，來驗證其工藝的有效性和可行性。

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Al-Ti-B細化劑的添加工藝

1.1 AlSi9Cu3鋁合金及Al-Ti-B細化劑化學成分

1.1.1 AlSi9Cu3鋁合金的化學成分及力學性能

對于AlSi9Cu3鋁合金的化學成分標準和檢測實際值見表1，力學性能標準和實際檢測值見表2。通過試驗對比添加Al-Ti-B細化劑后，分析對原有化學成分及力學性能產生影響。

表1：AlSi9Cu3合金化學成分 wb/%

表2：AlSi9Cu3合金的力學性能

1.1.2 試驗用Al-Ti-B細化劑化學成分

選擇試驗用Al-Ti-B細化劑為Al-5Ti-1B，其成分見表3，在A化學成分穩定一致情況下進行試驗。

表3：Al-5Ti-1B絲化學成分 wb/%

1.2 Al-5Ti-1B細化劑的添加工藝要求

根據生產車間壓鑄現場熔化工藝，壓鑄工藝，以及Al-5Ti-1B絲對于溫度的要求，添加工序及添加方式的有關條件進行統一，保證試驗過程穩定，見表4。

表4：主要熔煉鑄造工藝參數

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添加Al-Ti-B細化劑及保溫時間對鋁合金組織的影響

鋁合金在金相下通常有3種晶粒形態，分別是柱狀晶、等軸晶和細晶組織。柱狀晶嚴重影響材料的強度和韌性，細小的等軸晶會降低熱裂紋傾向，但粗大的等軸晶也會降低材料的力學性能。在鋁合金壓鑄過程中，都會產生下腳料，下腳料都會作為回爐料按照一定的比例進行重熔后再次使用，在反復重熔的過程中，會造成鋁合金液的質量下降，影響合金的力學性能。因此，通過添加Al-5Ti-1B細化劑，細化組織，改善鋁液質量。通過添加Al-5Ti-1B細化劑后，鋁合金液保溫時間對其衰退效果的對比最終確定最佳的變質時間。

2.1 Al-5Ti-1B細化劑添加前后對比

對添加Al-Ti-B細化劑前后的鋁合金液進行取樣對比分析，見圖1?？梢钥闯?，添加Al-5Ti-1B細化劑的試樣內部組織比較細小，而未添加Al-Ti-B細化劑的晶粒相對比較粗大。而且隨著添加量增加，晶粒尺寸進一步細化。

圖1：Al-Ti-B細化劑加入前后鋁合金的金相組織

2.2 保溫時間對變質后鋁合金晶粒尺寸的影響

圖2：Al-Ti-B細化劑加入后保溫時間對晶粒尺寸旳影響

對鋁合金液添加Al-Ti-B細化劑后，對不同保溫時間后的試樣進行取樣，打磨，腐蝕觀察，見圖2?？梢钥闯?，未添加Al-Ti-B的試樣斷裂面晶粒粗大，而添加Al-Ti-B細化劑后，隨著保溫時間延長，試樣斷面晶粒鑄件粗化。

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Al-Ti-B細化劑對鑄造缺陷局部收縮的影響

在鋁合金壓鑄過程中，鑄件的壁厚不是非常均勻，存在著壁厚差，在薄壁和厚壁的過渡位置，或者在厚壁位置往往會出現收縮孔及縮坑等缺陷。此次試驗，結合在壓鑄現場的鑄件缺陷，通過對壓鑄鋁液添加Al-5Ti-1B細化劑，經過對鋁合金液的內部組織細化后，看是否對鑄件收縮孔及縮坑產生影響。

3.1 添加Al-Ti-B細化劑對產品外觀縮坑及縮裂缺陷影響

圖3：Al-Ti-B細化劑加入前后對鑄件鑄造缺陷的影響

圖3為Al-5Ti-1B細化劑加入前后對鑄件鑄造缺陷旳影響?？梢钥闯?，未添加Al-5Ti-1B細化劑的鋁合金液生產的鑄件，出現明顯因收縮而產生的凹坑及縮裂，而添加Al-5Ti-1B細化劑后的鋁合金液，相同部位縮坑及縮裂缺陷消失,產品合格率大幅提升，見表5。

表5：Al-Ti-B細化劑添加前后產品合格率對比

3.2 添加Al-Ti-B細化劑對產品內部縮松、縮孔鑄造缺陷的對比

圖4：添加Al-Ti-B細化劑前后對鑄件內部收縮缺陷的影響

通過對易產生縮孔的壁厚部位進行刨切的前后對比,見圖4，可以看出未添加Al-5Ti-1B細化劑的鋁合金液生產的鑄件，縮孔明顯；而添加Al-5Ti-1B細化劑的鋁合金液生產的產品，縮孔明顯得到改善（見表5）。

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添加Al-Ti-B細化劑后對鋁合金力學性能的影響

表6：鋁合金液添加Al-Ti-B細化劑前后對力學性能的變化

通過對鋁合金液添加Al-Ti-B細化劑前后力學性能的對比數據,見表6，可以看出，添加Al-5Ti-1B細化劑的鋁合金液生產的鑄件，力學性能明顯優于未添加Al-Ti-B細化劑的鋁合計液生產的鑄件。

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結論

（1）Al-5Ti-1B細化劑添加量為0.2 %~0.3 %，鋁合金液溫度控制在720~760 ℃，精煉除氣時間為8-10分鐘，對鋁合金液進行充分攪拌。

（2）添加Al-Ti-B細化劑后，抗拉強度提升5 %~8 %，伸長率提升30 %~50 %，屈服強度提升8 %~10 %，硬度提升5 %~10 %。

（3）有效減少壓鑄件因壁厚不均導致的縮坑和縮孔等缺陷。

（4）經過添加Al-5Ti-1B細化劑后的鋁合金液需在120min以內使用完畢為最佳，否則會導致Al-5Ti-1B合金中元素的沉淀，細化效果減弱。