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1、 铸造合金及熔炼1、铝合金二元相图特征：各种点（铸造铝合金，变形铝合金）-分类 p262铸造铝合金的熔炼，浇注温度低，融化潜热大，流动性好，特别适合金属型铸造、压铸、挤压铸造，获得尺寸精度高、表面光洁、内在质量好的薄壁、复杂铸件。 （采用砂型铸造，石膏型等冷却慢的铸造方法，必须进行变质处理，细化共晶硅，已获得足够的力学性能）Al-Si 二元相图共晶成分在 Si 12.6%处，由于结晶硅带入微量的磷即使少量的 AlP 就足以使 Si9%的亚共晶合金中出现初晶硅，并使共晶硅成粗大的板片状。随着硅量的增加，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下降，热烈
2、倾向减小，硅的结晶潜热大，直至 Si20%处，流动性仍然比共晶成分的合金高。含 Si16%18%处有流动性的峰值。随着硅量的增加，磨损量、腐蚀量、线膨胀系数、密度、电导率均直线下降为了获得性能优良的性能，铝硅类合金的含硅量一般为 7%12%2、Al-Si 二元合金的代表是 ZL102 合金，Si10%13%余为铝，金相组织为a（Al）+共晶体（a+b）以及少量的初晶硅。特点如下：1、热处理强化效果小，里学习能不高，一般只进行退火消除内应力。2、铸造性能优良，结晶区间小，硅的结晶潜热大，流动性好。集中缩孔倾向大，硅降低氢在铝液凝固后的溶解度，如精炼不当会产生针孔。3、耐磨性，抗蚀性，耐热性好，
3、Al-Si 二元合金具有软相铝和硬相硅，是典型的耐磨组织，耐磨性好，铝和共晶硅的电子电位相差不大，表面一层 Al2O3，组织致密，对基体有保护作用，因此耐蚀性好，ZL102 合金的共晶温度为 557C,高于其余铸铝合金，温度升高时没有强化相溶解或聚集现象，因此耐热性好。4、必须进行变质处理来提高力学性能。综上所述，ZL102 合金适用于压铸件或要求耐蚀、耐磨，承受中小载荷的薄壁、复杂铸件如各种仪表的框架、壳体、基座等。3、稀土变质：稀土的加入量和含硅量、冷却速度有关，在 0.2%1.0%变动，含硅量高，冷却速度慢，取下限，反之取上限，加入量过大，晶粒反而粗大。适用于 Al-Si 共晶合金，过共
4、晶Al-Si 合金中同时加入稀土和磷，能同时细化初晶硅和共晶硅，称为“双重变质”在铝硅合金中加入稀土，在固液界面处形成阻碍长大的富集膜，引起成分过冷，在枝晶根部产生缩颈而脱落成游离晶，增加晶核，细化晶粒，增加晶粒总面积，从而减轻了铜、镁的境界偏析程度，稀土还和铝液中的铁形成稳定的化合物，沉于坩埚底部，从而净化铝液。 （Al-Si 合金的变质处理是针对初生 a-Al、共晶铝合金（团） 、初生 Si）4、ZL101： ZAlSi7Mg 合金的代号为ZL101，成分：Si6%8%，Mg0.2%0.4%，其余为铝，铸态组织由树枝 a（ Al）固溶体，共晶体（a+Si）所组成，境界上有微量的 Mg2Si
5、 变质后针状共晶硅变为点状。温度升高时，Mg2Si 开始聚集，脱溶成块，力学性能下降，故其工作温度不宜超过 150C。5、ZAlSi9Mg 合金：ZAlSi9Mg 合金的代号为 ZL104，成分为Si8.0%10.5%，Mg0.17%0.3%，Mn0.2%0.5%，余为铝，铸态组织由a（Al）树枝晶及（ a+Si）共晶体组成。力学性能高，锰除了起到固溶强化作用外，还能改变针管状富铁相的形态，形成骨架状的 AlFeMnSi 相，改善性能。铸造性能优良，充型能力强，线收缩率小，无热裂、缩松倾向，抗蚀能力、切削加工性能及焊接性能较好，可以铸造承受重大载荷、形状复杂的铸件。有集中缩孔倾向。ZL104
6、合金的使用条件是 185C 以下条件。6、Al-Si-Cu 系合金的代表为ZAlSi7Cu4，代号为 ZL107，显微组织与 ZL101 相似，经变质后，塑性提高，强度提高，经固溶处理+人工时效的合金，其性能进一步提高，切削性能优于 ZL101，但抗蚀性能因 Cu的加入有所下降，可铸造受重载荷、形状复杂的工件，使用条件为 250C以下。7、ZAlSi5Cu1Mg 合金代号为ZL105，铸态组织为 a（Al）+（a+Si）+（a+Si+CuAl2）+微量W，铸态是就有较好的力学性能。硅含量不高，不需进行变质，因而熔铸工艺不复杂，常用作金属型铸造承受中等载荷、形状不复杂的中、小型零件。8、ZAlS
7、i9Cu2Mg 合金的代号为ZL111，铸态组织与 ZL105 相仿，但共晶体量大，需进行变质。铸造性能优良，可用作承受重大载荷、形状复杂的大、中型重要的铸件。9、ZAlSi12Cu2Mg 合金的代号为ZL108.有两种变质方法，传统方法是用钠盐处理，能提高室温力学性能，但会降低高温力学性能。二是，加磷细化处理或磷、钠综合处理，加磷细化后，初晶硅细化，共晶硅仍为板片状，室温下塑性差，但在活塞工作温度下为 350450C 下，合金有足够的伸长率。由于不含钠，其高温性能更加。加磷处理还能提高活塞的体积稳定性。10、在 ZL108 的基础上再加Ni0.8%1.5%，就是代号为 ZL109 的合金 Z
8、AlSi5Cu1Mg1Ni1，由于有富 Ni的热强相 Al6Cu3Ni 等，高温性能更好，但价格高，因此只用作重要呃活塞。过共晶合金的活塞含硅量高达17%26%，热膨胀系数很低，加入铜镁能形成 CuAl2、Mg2Si 强化合金，多则脆。 加 Ni 能提高热稳定性，我国稀土较多，得到的性能也很优良。11、初晶硅细化原理：初晶硅加磷细化,结晶硅由焦炭还原二氧化硅而获得，焦炭中的磷便进入了结晶硅中，磷常以 AlP 的形式存在，由于 AlP 的晶型与硅相同，可以作为硅的非自发结晶核心，在亚共晶合金中也常析出初晶硅，3Na+AlPNa3P+Al 钠被消耗，变质失效，因此 AlP 是有害杂质，在过共晶合金
9、中 AlP 的数量不足，称为少数初晶硅的非自发核心，发展成为大块的初晶硅，恶化力学性能，需要加磷在铝液中形成大量的 AlP，细化初晶硅并均匀分布在基体上，成为理想的耐磨组织。含 Si17%的过共晶Al-Si 合金初生硅的尺寸随含磷量的增加而细化，过共晶铝合金的主要缺点是切削加工困难，道具极易磨损，加工表面粗糙。解决的途径是使用镶嵌金刚石的道具，或是在合金中加入少量的铅和铋。12、铝硅类合金中常见的杂质是铁，其他的还有锡、铅、钙等。铁在合金中形成硬而脆、呈粗大片状的化合物，冷却速度越小，组织越粗大，消弱铝基体，使合金变脆，破坏铝铸件的表面氧化膜的连续性，降低合金的耐蚀性，不能进行表面阳极处理。铁
10、的来源为炉料、坩埚、及熔炼工具。防止渗铁的有效途径为控制炉料中的含铁量，采用等级较高的铝锭，在坩埚、工件上涂覆涂料。磷：.锡、钙、钙。13、铝铜类合金的优点是室温、高温力学性能都高，切削性能良好，加工表面光洁，富铜相耐热，熔炼工艺简单，缺点是固溶体型合金的铸造性能差，富铜相与 a（Al ）基体之间的电子位差值大，抗蚀性能差，密度较大。14、Al-Cu 二元合金 ZAlCu10 的代号为 ZL202 熔炼工艺简单，有一定的共晶体，铸造性能尚可，但不能固溶强化，铸态使用，故力学性能不高，常用来制作装饰性的小零件。15、Al-Cu 二元合金另一个牌号为ZAlCu4，代号为 ZL203，a （AL)存
11、在严重的偏析，熔炼工艺简单，经固溶处理、人工时效处理后，力学性能大幅提高，a（AL) 晶内偏析消除，但铸造性能差，用作形状简单的承受中等载荷在较高温度下工作的中、小型零件。16、在 ZL203 的基础上再加一些锰，即使重要的耐热高强度铸铝ZAlCu5Mn，代号为 ZL201，Mn 量最好控制在 1.0%以下。17、耐热铝合金的耐热性有 a（Al）的化学成分、第二相性质、形状和分布等因素决定，a（Al ）化学成分越复杂，组织结构越稳定，第二相的热稳定性越高，晶粒越细，沿晶分布相组成的弥散程度越高，则越能阻滞a（Al）在高温下的变形，因而耐热性能良好。18、ZAlMg10 的代号为 ZL301，比
12、强度高，抗蚀性高，铸造性能尚好，常用作在潮湿的空气或是海水中工作的承受冲击载荷的零件，如发动机的机匣、飞机起落架零件、船用舷窗等。ZL301 的切削性能良好，工件表面光洁程度高， “光亮铝合金”可用作装饰零件。19、Al-Mg-Si 系合金牌号为ZAlMg5Si1，代号为 ZL303，在 350C以下工作时，几乎保持了室温的力学性能。ZL303 在潮湿的空气或是海水中有很好的耐蚀性，耐热性较好，可用作承受中等载荷的船舶用、航空用构件及内燃机机车的零件。20、铝镁锌三元合金的牌号为ZA1Mg8Zn1，代号为 ZL305,工作条件不宜超过 100C。在海水中承受重大载荷的零件，如鱼雷壳体、潜水服等
13、。21、Al-Zn-Si-Mg 系合金的牌号为ZAlZn11Si7，代号为 ZL401，含锌的“矽铝明”锌全部溶于 a（Al）中，因此铸态组织与 ZL101 相同，由a（Al）+共晶体 a（Al）+Si 组成，合金有“自动淬火”效应，铸件凝固时锌即过饱和溶入 a（ Al）中，室温下开始自然时效过程，b（Zn）呈弥散析出，能强化合金。经过加钠盐变质处理，自然时效 30 天后，性能大幅提高。不必进行固溶处理是其特点，铸造工艺性能和 ZL101 相似，但抗蚀性能较低，密度较大，常用作在 185C以下工作的承受中等载荷的零件，如模具、模板及某些设备的支架等。22、Al-Zn-Mg 系合金的牌号为ZAl
14、Zn6Mg，代号为 ZL402，有缩松倾向，切削性良好，表面光洁，经人工时效后，尺寸稳定，可用作精密仪表零件，高温时过饱和的 a（Al）容易分解，形成较高的内应力，促进晶间腐蚀，工作温度不得超过 100C。23、a（Al ）初晶的细化：晶粒越细，枝晶间距越小，屈服强度越高。细晶还能改善补缩性能，有助于消除缩松、缩孔，防止冷隔，细化有害杂质相等。因此细化处理是固溶体型合金常用的强化工艺。细化原理：（百度一下） 1、包晶生长理论，2、TiC 核心理论，3、晶粒增值理论，凝固结晶前沿严重成分过冷，初晶产生缩颈，易自动脱落、游离、增值.4、硼的细化理论，引起本身不稳定，网纹表面.5、钛抑制 a（Al
15、）晶粒生长理论， 6、硼、钛叠加作用加强。7、细化现象衰退原因 TiAl3 聚集长大，高温下静止 TiAl3陆续溶解，细化衰退。晶粒细化中毒，加钛、硼的铝液中如果含有或是加入含有锆铬锰等元素，将导致失去细化效果。24、铝合金铸造性能 铸造性能是一个综合概念 其中对铸件质量影响最大的是流动性和收缩率 硅的熔化潜热大 是铝硅类合金的主要合金元素 且含量在共晶成分附近 因此 铝硅类合金的流动性最好 铜镁锌的熔化潜热都比硅小 且铝铜类 铝镁类铝锌类 合金的成分都远离各自的共晶点 因此流动性都不如铝硅类合金 当合金元素含量相同时合金元素的体收缩率越大 则合金的体收缩率越大铸件中缩孔缩松的体积也越大 同理
16、当合金元素含量相同时 他们的线膨胀系数越大 则合金的线膨胀系数越大线收缩率相应地也越大 铸件越容易产生裂纹 变形 挠曲等缺陷 25、 第十三章 铝合金熔炼的内容包括配料计算,炉料处理 熔炼设备选用熔炼工具处理及熔炼工艺过程 熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序.严格控制熔炼温度和时间 实现快速熔炼 效果显著的铝液净化处理和变质处理及掌握可靠的铝液炉前质量检测手段等 熔炼工艺过程控制的目的是获得高质量的能满足下列要求的铝液 1 化学成分符合国家标准合金液成分均匀 2 合金液纯净 气体 氧化夹杂 溶剂夹杂含量低 3 需要变质处理的合金液变质良好 熔剂法 的机理在于通过吸附 溶解铝液中的氧化夹杂及吸附其上的氢 上浮至液面进入熔渣中 达到除渣 除气的目的 常用的溶剂分为 Nacl NaF KCL Na3ALF6 Na2SiF6 CaF2 过滤法 两种 非活性过滤剂 活性过滤剂 网状过滤法 填充床过滤法 铝合金熔炼小结 防 就是严防水汽及各种含气赃物混入铝液中 发生有
