Al-Si铸造合金综述

第14卷第2期Vol.14No.2中国有色金属学报The Chinese Journal of Nonferrous Metals2004年2月文章编号:10040609(2004)02026205过共晶A-l Si合金熔体中初生硅生长特性¹张蓉1,黄太文2,刘林2(1.西北工业大学应用物理系,西安710072; 2.西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072)摘要:利用等温液淬的方法,研究了A-l18%Si过共晶合金熔体中初生硅的生长行为及机制。

结果表明:重熔过程中熔体中未溶解的硅相粒子,在凝固过程中可成为初生硅生长核心,并且未熔颗粒与初生硅形状之间存在明显对应关系;初生硅的生长机制不是惟一的,既可以以孪晶凹角(T PR E)机制生长,还可以以层状机制生长,初生硅最终形状还要取决于溶质传输等动力学环境;随着熔体过热温度的升高,凝固组织中初生硅形状由多边形向星形及树枝状转变。

关键词:初生硅;晶体生长;铝硅合金中图分类号:T G146.2文献标识码:AGrowth behavior of primary silicon inhypereutectic A-l Si alloyZHANG Rong1,HUANG Ta-i w en2,LIU Lin2(1.Department of Applied Physics,Northw estern Polytechnical University,Xi c an710072,China;2.State Key Laboratory of Solidification Processing,Northwestern Polytechnical U niversity,Xi c an710072,China)Abstract:T he process and mechanism of primary silicon g rowth in the A-l Si hyper eutectic melt w er e studied by quench interrupting.T he r esults show that the undissolved silicon particles in the melt become the cor es of primary silicon precip-i tated in solidification and there i s a close relationship between the shape of primary silicon and undissolv ed silicon particles.T he grow th of silicon follo ws not only the twin plane re-entr ant edg e(T PRE)mechanism,but also layer mechanism as w ell.M eanw hile,the shape of pr imar y silicon also relies on kinet ic surroundings,such as the transmitting of solute.A t hig her overheating temperatur e,the shape of primary silicon becomes the star-shape and tree-shape.Key words:pr imar y silicon;crystal growt h;A-l Si alloy过共晶A-l Si合金是一种重要的铸造合金,广泛应用于航空、航天及汽车制造等领域[1]。

Al-Si相图摘要：本篇Tech-Note主要研究Al-Si相图，这样的研究具有很重要的实际意义。

二元相图是研究复杂合金的根底。

在Al合金中的Si和Fe被认为是杂质元素存在，但是在铸造和锻造Al合金中Si又是一种添加元素。

各种铸造Al合金中Si的含量从5~22%〔重量比〕不等。

Al具有重量轻、优良的机械性能、独特的防腐性、消费本钱适中和易于成型等特性，所以具有广泛的商业应用价值。

Al的密度大约是2.7 g/cm33) 和Be(密度约1.85 g/cm3)。

但是Al及其合金由于其本钱低于Mg 或Be 合金，故应用更为广泛。

Al和Mg合金的熔点范围非常接近，它们的熔点范围分别为：铸造Al合金约为565—640 °C (约1050 —1185 °F)；铸造Mg合金约为593—648 °C (1100—1198 °F)。

冶金专家和金相专家对于二元相图进展了大量的研究并绘制出化学成分与相转变温度的关系曲线，但是这些研究都是在“平衡态〞下进展的。

所谓平衡态是指：金属的消费过程中加热和冷却速度都非常缓慢，但是在实际消费中加热和冷却速度都非常快这就是所谓“非平衡状态〞。

尽管如此，相图还是我们研究合金转变的根本工具。

例如：利用相图我们知道金属的熔点和凝固点、凝固过程、平衡相的形成、合金元素或杂质元素的极限溶解度和第二相的分解温度。

本篇Tech-Note主要研究Al-Si相图，这样的研究具有很重要的实际意义。

二元相图是研究复杂合金的根底。

在Al合金中的Si和Fe被认为是杂质元素存在，但是在铸造和锻造Al合金中Si又是一种添加元素。

各种铸造Al合金中Si的含量从5~22%〔重量比〕不等。

在这个范围内，Si元素可以进步Al合金的流动性铸造性能，3xx.x (Al-Si-Cu)系和4xx.x (Al-MgSi)系铸造Al合金(US Al协会编号) 具有广泛的商业应用。

过共晶合金(合金中Si含量大于12.6%，共晶成分)中包含具有进步耐磨性的初晶Si颗粒。

铸铝牌号成分对照表铸铝是一种重要的金属材料，在各行各业都有广泛的应用。

其牌号是根据其化学成分以及机械性能而确定的。

下面我们来了解一下铸铝的牌号成分对照表。

一、Al-Si系列1. A356：含硅量5.6%-7.5%，主要用于制造汽车零部件、航空器零部件、运动器材等。

2. A357：含硅量6.5%-7.5%，具有优异的耐腐蚀性能，主要用于制造航空器零部件、发动机零部件、船舶零部件等。

3. A380：含硅量7.5%-9.5%，主要用于制造汽车零部件、家电零部件等。

二、Al-Cu系列1. A201：铜含量3.5%-4.5%，主要用于制造防爆器材、氧化铝电解槽体、发动机零部件等。

2. A202：铜含量4.5%-5.5%，主要用于制造氧化铝电解槽体、汽车制动系统零部件等。

三、Al-Mg系列1. A518：镁含量4.0%-5.0%，主要用于制造航空器零部件、车轮、自行车等。

2. A535：镁含量3.5%-4.5%，主要用于制造摩托车零部件、电动工具外壳等。

四、Al-Si-Mg系列1. A356.2：含硅量6.5%-7.5%、镁含量0.3%-0.5%，主要用于制造壳体和长大压铸件等。

2. A357.0：含硅量6.5%-7.5%、镁含量0.3%-0.5%，主要用于制造航空器零部件、发动机零部件等。

3. A357.2：含硅量6.5%-7.5%、镁含量0.4%-0.6%，主要用于制造船舶零部件、运动器材等。

以上便是铸铝牌号成分对照表的介绍，不同的牌号根据其成分含量的不同，适用于不同行业、不同领域的应用。

选取合适的牌号材料，能够更好地满足生产和制造的需要，提高产品质量和生产效率。

铸造Al-Si合金中Sr与B的交互作用
廖恒成;孙国雄
【期刊名称】《中国有色金属学报》
【年(卷),期】2003(013)002
【摘要】采用X射线能谱仪和X-ray Mapping对反应产物进行分析,由Al-Si合金中不同Sr,B含量时枝晶α和共晶Si形态与大小的变化,考察了Sr与B的交互作用.研究发现: Al-1B中间合金在经Sr变质处理的近共晶Al-Si合金中具有强的枝晶细化能力,而Sr的存在对B的枝晶细化效果起一定的促进作用; 但当合金中Sr和B 含量较高时存在互毒化现象,这是由于Sr与B摩尔比接近3∶4的未知化合物形成时消耗了熔体中大量的Sr和B.Sr-B化合物的发现为Sr,B间互毒化机理提供了直接依据.
【总页数】7页(P353-359)
【作者】廖恒成;孙国雄
【作者单位】东南大学,机械工程系,南京,210018;东南大学,机械工程系,南
京,210018
【正文语种】中文
【中图分类】TG113.12
【相关文献】
1.铸造Al-Si系合金中的合金元素的作用 [J], 高青;赵忠魁;刘波祖;孙清洲;王桂青
2.Sc在铸造Al-Si合金中的作用研究进展 [J], 张冬冬
3.铸造Al-Si合金中Sr与B间反应产物的研究 [J], 廖恒成;孙国雄
4.枝晶α在Al-Si铸造合金中的作用 [J], 张良明;廖恒成;孙国雄
5.铸造Al-Si基合金中Mg和Cu的硬化作用分析 [J], 王桂青;孙清洲;罗辉;景财年因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

13.日本重力铸造用铝合金有哪些？其特点怎样？日本的重力铸造铝合金主要是按合金系分类，具体如下。

(l)Al-Cu系合金(ACIA)此系列合金的切削性优良，热处理材料的力学性能高，特别是具有较大的伸长率。

但高温强度低，容易发生高温断裂及铸造裂纹。

耐蚀性比Al-Si和Al-Mg系合金稍差。

如用人工时效处理，能显著改善其力学性能。

主要用于制作要求强度较高的零件。

此系列合金的凝固温度范围广，容易产生细的缩孔，属于铸造比较困难的合金。

(2)Al-Si系合金(AC3A)AC3A合金熔液的流动性好，但容易产生缩孔。

该合金的热脆性小，焊接性、耐蚀性好。

主要用于薄壁大型铸件和形状复杂的铸件。

(3)Al-Mg杀合金(AC7A，AC7B)Al-Mg系合金添加镁能够提高力学性能，改善切削性及耐蚀性，但热脆性却增大了。

铝镁合金容易氧化，熔液的流动性不好。

凝固温度的范围广，补缩冒口的效果差，铸造的成品率低。

AC7A（含镁3.5%～5%），合金的耐蚀性，特别是对海水的耐蚀性好，容易进行阳极氧化而得到美观的薄膜。

在该系合金中，它是伸长率最大、并且具有良好的切削性能的合金。

但熔化、铸造比较困难。

AC7B（含镁9.5%～11．O%）经过T4处理可以得到比AC7A 更优良的力学性能，阳极氧化性也好，但容易发生应力腐蚀，铸造性不好。

(4)Al-Si-Cu系合金(AC2A，CA2B，AC4B，AC4D)AC2A、AC2B是在A1-Cu系合金中添加硅，AC4B、AC4D 是在Al-Si系合金中添加铜，从而使它们的切削性与力学性能得到改善的合金。

如经过热处理，其效果更好。

此系列合金，熔液的流动性和耐压性好。

因铸造裂纹和缩孔少，而广泛用于机械零件的铸造，也适用于金属模的铸造。

AC2A、AC2B的切削性和焊接性好，铸造裂纹少，但铸造操作方法较难掌握。

AC4B的铸造性和焊接性良好，但耐蚀性较差。

AC4D强度高，铸造性良好，耐热性、耐压性及耐蚀性也好。

铝硅二元合金具有简单的共晶型相图，如图《Al+Si二元相图》所示，室温下只有α（Al）和p（Si）两种相，α（Al）的性能和纯铝相似，β（Si）的性能和纯硅相似。

共晶合金的Si含量为12.6%，亚共晶合金的组织由α（Al）+共晶体（α+p）所组成，过共晶合金的组织由β（Si）+共晶体（α+β）所组成。

由于结晶硅带入微量磷，即使10ppm的磷生成AlP 就足以使Si含量为9%的亚共晶合金中出现初晶硅，并使共晶硅形成粗大的板片状。

Al+Si二元相图随硅量的增加，结晶温度区间变小，共晶体增加，流动性随之提高。

硅的收缩率很小，合金的线收缩率也随之降低，热裂倾向相应减少；硅的结晶潜热大，直至Si含量为20%处，流动性仍比共晶成分的合金高。

含Si量为16%～18%时有流动性的峰值。

共晶型AI-Si二元合金虽有优良的铸造性能，但由于力学性能不高，故只能用于压铸、挤压铸造等高速冷却的铸造方法；对于砂型铸造，石膏型铸造等冷却速度慢的铸造方法，必须进行变质处理，细化共晶硅，以获得足够的力学性能。

细化共晶硅的变质处理不能同时细化初晶硅，对于有大量初晶硅的过共晶合金，必须采用加磷细化初晶硅，提高力学性能。

含硅量对Al-Si二元合金耐磨、耐蚀、线膨胀系数，密度、电导率等有影响。

随硅量的增加，磨损量、腐蚀量、线膨胀系数、密度、电导率均直线下降。

铝的塑性大，切削时需消耗很大的功，随硅量增加，共晶体增多，切削功可减小，但共晶硅硬度高，易磨损刀具，尤其是有粗大初晶硅的过共晶合金，刀具磨损更严重，被加工的表面很毛糙。

为改善切削加工性能，除进行相应的变质处理，细化共晶硅、初晶硅外，可加入铋、铅等易切削元素；对过共晶合金可采用镶嵌钻石刀具，选择最佳切削速度和合适的切削液等，也能获得光洁的加工表面。

综上所述，为了兼顾合金的各种服役性能和工艺性能，铝硅类合金的含硅量一般为7%～12%。

Al-Si二元合金的代表是ZL102合金，成分为Si含量10%～13%，剩下的为铝，金相组织为α（Al）+共晶体（α+β）及少量初晶硅。

铸造高强铝合金的焊接性能ZL～107A铸造铝合金是Al～Si～Cu系铸造高强铝合金。

经T5状态热处理后强度可达σb=420～470MPa.在制造大型、高强、复杂关键的工程结构出现缺陷时需要补焊。

其焊缝亦要求和母材等强度。

因ZL～107A系在ZL～107基础上通过添加多元微量元素合金化而成，对ZL～107A铸造合金的成分、组织、性能及焊接工艺进行了研究。

随着现代工程结构向大型、复杂、高强度发展，优质铝合金铸件应用日益增多。

对铝合金的综合性能提出了更高的要求。

它集中体现在要求具有较高力学性能的同时，又要具有优异的铸造性能。

Al－Si－Cu系铸造铝合金结合了Al－Cu 系合金力学性能好和Al－Si系铸造铝合金铸造性能好的优点，因而一直是铸造高强铝合金的研究重点。

美国的BAE354,前苏联的B124均属Al－Si－Cu系高强铸造铝合金，具有优异的力学性能和良好的铸造性能。

我国的ZL－107亦属此系合金。

ZL－107中含Cu量较高，故合金的性能还有潜力可挖。

通过添加Mg、Zn、Cu、Ti等多种微量元素对合金进行综合强化，获得了一种铸造高强铝合金ZL－107A.合金性能由原来的σb=280～320MPa,σ0.2=210～230MPa,δs=3%～4%分别提高到σb=420～470MPa,σ0.2=325～390MPa,δs=4%～6%,从而使该合金在现代大型、复杂铝合金铸件的生产上获得应用。

但是，该种合金的可焊性如何，需要通过焊接工艺进行检验。

1 合金的成分合金的成分如表1所示。

将试件预热到200～250℃，采用较小电流以待焊处表面刚出现发亮的液斑时填入焊丝熔滴，待熔滴刚润湿焊缝时即将焊缝处电弧向前移动。

这样焊的结果是熔池凝固速度快。

晶粒较细，有利于提高焊缝的机械性能。

这种焊接工艺采用的电流约为180A左右。

从母材的成分看来，该系Al－Si－Cu合金，Si和Cu对焊接性无不利影响。

而Mg含量在0.1%～0.2%之间，其含量较小，也对焊接性影响不大。