殷云霞， 黄岩超， 姜德俊， 李晓楠

(东北轻合金有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 150060)

不同Al-Si原料对合金铸锭质量影响的研究

殷云霞， 黄岩超， 姜德俊， 李晓楠

(东北轻合金有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 150060)

本文对不同厂家生产的Al-Si中间合金在外形、实收率等方面进行了对比，分析讨论了使用两个不同厂家生产的Al-Si中间合金生产工艺对4004及4032合金铸锭质量的影响，根据各项分析结果得出了初步结论。

Al-Si中间合金； 生产工艺； 4004合金； 4032合金

0 前言

由于硅易于氧化，如果直接将结晶硅加入铝熔体会造成很大的烧损，难于准确控制铝合金的成分，所以一般先制成Al-Si中间合金(熔点约为700 ℃)加入到铝合金中，这样不但缩短了熔炼时间，提高生产效率，还减少了烧损，减少了铝合金熔体氧化、夹渣和吸气，有利于提高铝合金的质量。

随着高硅合金生产量的增多，公司购进了不同厂家生产的的Al-Si中间合金，通过两个不同厂家生产的Al-Si中间合金及使用到产品中进行对比，初步得出结论。

1 试验内容

1.1 Al-Si中间合金外观质量对比

厂家甲熔炼Al-Si中间合金使用天燃气炉，制备的Al-Si中间合金尺寸为630 mm×180 mm×90 mm，每块重约15 kg，厂家乙熔炼Al-Si中间合金使用煤气炉，制备的Al-Si中间合金尺寸为670 mm×150 mm×50 mm，重约8 kg；从总体积方面讲，厂家甲生产Al-Si中间合金的体积大于厂家乙生产Al-Si中间合金，中间合金表面均为亮灰色。

图1 厂家甲生产Al-Si中间合金

图2 厂家乙生产Al-Si中间合金

1.2 Al-Si中间合金成分

厂家甲与厂家乙生产的Al-Si中间合金Si含量均在18%～22%之间。

1.3 Al-Si中间合金在4004合金中的应用

1.3.1 Si的实收率

本批使用不同厂家Al-Si中间合金共生产33炉4004合金，投料结构基本相同，现将4004合金配料时使用厂家甲制备的Al-Si中间合金定为方案一，4004合金配料时使用厂家乙Al-Si中间合金定为方案二，两种方案生产的4004合金Si的实收率见表1。

表1 Al-Si中间合金不同生产厂家实收率对比

通过以上表格可以看出厂家甲与厂家乙生产的Al-Si中间合金使用到4004合金中平均实收率大致相等，都已超过100%。

1.3.2 4004合金铸锭全分析结果

在使用不同厂家Al-Si中间生产的4004合金中，铸锭底部切去200 mm后加切20～30 mm厚的铸态试片进行铸锭质量全分析，质量对比结果如下：

1.3.2.1 化学成分

分别在铸锭试片厚度及宽度方向的边部、1/4处、中心处取20 mm×20 mm试样进行化学成份分析(见表2)。

表2 方案一生产的4004合金成分

表3 方案二生产的4004合金成分

由表2与表3数据可以看出，使用不同厂家的Al-Si生产的4004合金的化学成分均符合国标，但方案一Si的最大偏差要比方案二的稍大。

1.3.2.2 低倍组织

使用不同厂家Al-Si中间生产的4004合金中，铸锭无裂纹、夹渣等缺陷，表面质量良好。

1.3.2.3 高倍组织

4004合金铸态的高倍组织见图3。

图3 4004合金铸锭铸态高倍组织

其中a1、b1、c1分别为方案一生产4004铸锭宽度方向中心至边部的高倍组织照片；a2、b2、c2分别为方案二生产4004铸锭宽度方向中心至边部的高倍组织照片；从铸锭中心到边部枝晶间距逐渐变小，枝晶臂逐渐变厚，符合顺序结晶的规律。整体来看，两种方案生产4004铸锭结晶规律较明显，且两种方案生产的4004合金铸锭高倍组织中都没有发现初晶硅，共晶硅的尺寸肉眼无法区别。

1.3.2.4 力学性能

分别在铸锭试片的中心厚度至边部切取20 mm×120 mm试样，进行铸锭力学性能对比(见图4～图7)。Fm——最大力;Fm——抗拉强度;Rp0.2——屈服强度;A——断后伸长率。

图4 两种方案生产的4004合金的最大力对比曲线

图5 两种方案生产的4004合金的抗拉强度对比曲线

图6 两种方案生产的4004合金的屈服强度对比曲线

图7 两种方案生产的4004合金的相对伸长率对比曲线

由图2到图7可以看出，使用不同厂家Al-Si生产的4004合金其最大力与抗拉强度相差不多，厂家甲Al-Si中间合金生产的4004合金的屈服强度与相对伸长率略高于厂家乙的Al-Si中间合金生产的4004合金。

1.4 Al-Si中间合金在4032合金中的应用

1.4.1 Si的实收率

本批使用不同厂家Al-Si中间合金生产14炉4032合金，其投料结构大致相同，现将4032合金配料时使用厂家甲制备的Al-Si中间合金定为方案三，4032合金配料时使用厂家乙Al-Si中间合金定为方案四，两种方案生产的4032合金Si的实收率见表4。

通过以上表格可以看出厂家甲与厂家乙生产的Al-Si中间合金使用到4032合金中平均实收率大致相等，都已超过100%。

表4 Al-Si中间合金不同生产厂家实收率对比

1.4.2 4032合金铸锭全分析结果

在使用不同厂家Al-Si中间生产的4032合金中，铸锭切20～30 mm厚的铸态试片进行铸锭质量全分析，质量对比结果如下：

1.4.2.1 化学成分

分别在铸锭试片厚度及宽度方向的中心、1/4处、边处取20 mm×20 mm试样进行化学成分分析见表5。

表5 方案三生产的4032合金成分

表6 方案四生产的4032合金成分

由表5与表6数据可以看出，使用不同厂家的Al-Si生产的4032合金的化学成分均符合我公司内控技术标准，但方案四Si的最大偏差要比方案三大的多。

1.4.2.2 低倍组织

使用不同厂家Al-Si中间生产的4032合金中，铸锭无裂纹、夹渣等缺陷，初晶硅尺寸均合格，铸锭表面质量良好。

1.4.2.3 高倍组织

4032合金铸态的高倍组织如图8。

图8 4032合金铸锭铸态高倍组织

其中a3、b3、c3分别为方案三生产4032圆锭中心至边部的高倍组织照片；a4、b4、c4分别为方案四生产4032圆锭中心至边部的高倍组织照片；两种方案生产的铸锭从中心到边部枝晶间距逐渐变小，枝晶臂逐渐变厚，符合顺序结晶的规律。肉眼观察两种方案生产的4032铸锭高倍组织的差异不大。

2.4.2.4 力学性能

分别在铸锭试片的中心厚度至边部切取20 mm×120 mm试样，进行铸锭力学性能对比(见图9～图11)。Rm——抗拉强度;Rp0.2——屈服强度;A——断后伸长率。

图9 两种方案生产的4032合金的抗拉强度对比曲线

图10 两种方案生产的4032合金的屈服强度对比曲线

图11 两种方案生产的4032合金的相对伸长率 对比曲线

由图可以看出，使用不同厂家Al-Si生产的4032合金其抗拉强度相差不多，但使用厂家甲Al-Si中间合金生产的4032合金的屈服强度与相对伸长率高于厂家乙Al-Si中间合金生产的4032合金。

2 试验结论

通过以上分析及结果得出以下结论：

(1)厂家甲与厂家乙生产的Al-Si中间合金使用到4004与4032合金中化学成分比较稳定，Si的平均实收率相差不大。

(2)使用厂家乙Al-Si中间合金生产的4032合金铸锭端面Si元素的偏差大。

(3)两种方案生产的4004与4032合金铸锭的铸态高倍组织可以看出，铸锭中心到边部枝晶间距逐渐变小，枝晶臂逐渐变厚，符合顺序结晶的规律，共晶硅的尺寸肉眼看不出区别。

(4)两种方案生产的4004与4032合金最大力与抗拉强度相差不多，但使用厂家甲Al-Si中间合金生产的4004与4032合金的屈服强度与相对伸长率均略高于使用厂家乙Al-Si中间合金生产4004与4032合金。

Quality Research of Alloy Casting Affected by Different Al-Si Material

YIN Yun-xia, HUANG Yan-chao, JIANG De-jun, LI Xiao-nan

(Northeast Light Alloy Co., Ltd. Harbin 150060, China)

The paper compares Al-Si interalloy produced by two different factories in shape and extraction yield, analyses and discusses quality of 4004 and 4032 alloys affected by this two Al-Si material, and gives preliminary conclusions according to analysis and experimental results.

Al-Si interalloy； production process； 4004 alloy； 4032 alloy

2014-08-26

殷云霞(1982-)，女，山东宁阳人，工程师，大学本科，主要从事铝合金工艺研究工作，现任东北轻合金有限责任公司熔铸厂技术科区域工程师。

黄岩超(1981-)，男，黑龙江克东人，工程师，大学本科，主要从事铝加工设备研究工作，现任东北轻合金有限责任公司熔铸厂技术科区域工程师。

TG146.21

B

1003-8884(2014)05-0040-05

姜德俊(1981-)，男，辽宁大石桥人，工程师，大学本科，主要从事铝合金工具及工艺研究工作，现任东北轻合金有限责任公司熔铸厂技术科区域工程师。