李 瑤（北方重工集團(tuán)有限公司工程成套分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

鐵坩堝對(duì)熔煉ADC12增鐵性能的影響

李 瑤
（北方重工集團(tuán)有限公司工程成套分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

摘 要：試驗(yàn)采用鐵坩堝熔煉鋁合金ADC12，經(jīng)不同時(shí)間保溫后，澆鑄成相同的試樣，然后對(duì)試樣進(jìn)行金相組織分析、拉伸實(shí)驗(yàn)及斷口掃描，發(fā)現(xiàn)在3.5小時(shí)的熔煉時(shí)間內(nèi)，鐵元素的增加不超過(guò)1.2%，對(duì)鋁合金的性能影響不大。

關(guān)鍵詞：ADC12；增鐵；組織；機(jī)械性能

一、試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1 實(shí)驗(yàn)用料及器材。ADC12鋁合金料、箱式高溫熔煉爐、鐵坩堝、預(yù)熱箱式電阻爐金屬模具、鐘罩、扒渣鏟、高溫手套以及其他一些輔助器械。

2 ADC12的切割。試驗(yàn)用鋁料的切割采用無(wú)齒鋸切割，切割后大小約為100克。切割后的小塊鋁料要進(jìn)行分組，每組的重量約為500克，并進(jìn)行標(biāo)號(hào)存放，以便實(shí)驗(yàn)時(shí)需要。

3 鋁合金的熔煉與澆鑄。在開(kāi)始熔煉鋁料之前要先做好準(zhǔn)備工作：清理好模具與坩堝，預(yù)熱熔煉爐及預(yù)熱用爐，準(zhǔn)備好熔煉要用的輔助工具。

熔煉爐升溫，將溫度定在750℃，坩堝放在熔煉爐中一起升溫，預(yù)熱爐溫度定在300℃。模具和鋁料都要進(jìn)行預(yù)熱，金屬模具在預(yù)熱前要清理干凈且要用涂料涂在澆道和型腔內(nèi)壁，待涂料晾干后把模具放入預(yù)熱爐中預(yù)熱。

等熔煉爐溫度升到750℃時(shí)，將鋁料放入熔煉爐中的坩堝中，并迅速放入爐內(nèi)，在取出和放入坩堝時(shí)應(yīng)注意安全。將稱量好的六氯乙烷用紙包好放在熔煉爐門(mén)上方預(yù)熱。

等放入鋁料25分鐘后，將坩堝取出放于通風(fēng)處加入六氯乙烷除氫。預(yù)熱好的六氯乙烷連同紙包一起放入鐘罩內(nèi)，將鐘罩迅速伸入鋁液中，并不停攪動(dòng)使除氫劑在鋁液中充分反應(yīng)，等鋁液中不再有煙霧冒出時(shí)除氫基本進(jìn)行完畢，將坩堝迅速放入爐內(nèi)，關(guān)閉爐門(mén)保溫5分鐘。

保溫之后將坩堝取出，扒渣澆鑄。在澆鑄前要事先將模具取出，放在保溫磚上。扒渣和取模具最好同時(shí)進(jìn)行。

澆鑄后坩堝要裝料后迅速放入熔煉爐以便節(jié)約能源。

金屬模具散熱較快，等溫度下降后打開(kāi)模具取出鑄件。再次刷涂料時(shí)要等模具徹底冷卻后進(jìn)行。

我們按照保溫時(shí)間的不同澆鑄出四個(gè)試樣，除氫工序都在澆鑄前五分鐘進(jìn)行。

四組實(shí)驗(yàn)保溫時(shí)間如下：

序號(hào) 1 2 3 4

保溫時(shí)間，h 0.5 1.5 2.5 3.5

由于金屬模具冷卻需要一定的時(shí)間，且不能用水直接冷卻，刷涂料會(huì)消耗很長(zhǎng)時(shí)間，為了節(jié)省時(shí)間如果試樣能容易的取出，我們可以考慮不刷涂料。

二、試樣的制備

1 試樣的切割。在每一組試樣中選取一根試樣，取試樣的中間部位截取1.5厘米長(zhǎng)的試樣別分別標(biāo)記0.5、1.5、2.5、3.5。標(biāo)記后的試樣在砂輪上磨出倒角。

2 試樣的磨制及拋光。試樣分別用100目、400目、600目、800目、1000目和1200目的砂紙先后進(jìn)行打磨。在用1200目砂紙打磨無(wú)明顯劃痕時(shí)在拋光臺(tái)上拋光。拋光時(shí)拋光布的轉(zhuǎn)向與試樣進(jìn)行打磨時(shí)的劃痕方向垂直時(shí)更容易將細(xì)小劃痕快速打磨掉。

三、金相組織的拍攝 與分析

在金相顯微鏡上分別拍攝50倍、100倍、200倍和500倍照片，拍攝照片時(shí)要調(diào)整好光線，使照片清晰且明暗適中，將照片進(jìn)行編號(hào)保存。保溫0.5小時(shí)的試樣比保溫2.5小時(shí)試樣針狀相增多，而針狀相的破壞性更大，針狀β相可使鋁型材表面粗糙，機(jī)械性能、抗腐蝕性能變差，氧化后的型材表面發(fā)青、光澤下降，著色后得不到純正色調(diào)。

四、拉伸試樣的加工與實(shí)驗(yàn)

拉伸是很精確的試驗(yàn)，試樣的微小缺陷都能影響最后的拉伸數(shù)據(jù)，因此選取試樣時(shí)要盡量選無(wú)明顯瑕疵且加工部位光滑無(wú)尖銳倒角的試樣且要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)械加工。拉伸試樣按照GB/T16865一1997選取試樣，拉伸實(shí)驗(yàn)在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸速率為0.5mm/min。每個(gè)試樣選取3個(gè)拉伸試樣，然后取三個(gè)測(cè)定值的平均值。根據(jù)多組數(shù)據(jù)求平均值的方法求出所需數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)大致可以認(rèn)為：延伸率隨保溫時(shí)間的增加而增加，斷面收縮率基本不變，σb隨載荷的變化趨勢(shì)而變化。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁合金的延伸率增加，也就是說(shuō)保溫時(shí)間的增加提高了鋁合金的延伸率。保溫時(shí)間的延長(zhǎng)提高了鐵的含量，鐵含量增加確提高了鋁合金的機(jī)械性能這與鐵在鋁合金中是有害元素不相符，但是我們要看到，在鋁合金中鐵的含量允許在1.2%以內(nèi)，而我們?cè)嚇拥蔫F含量沒(méi)有超出這個(gè)數(shù)值，因此鐵元素不能明顯影響鋁合金的性能。 鋁合金的σb增加到2.5小時(shí)時(shí)達(dá)到峰值，然后降低?；疽部膳懦F元素的影響。

五、斷口掃描與分析

材料的端口記錄著斷裂時(shí)試樣內(nèi)部發(fā)生的一些變化，為了更好的了解試樣的拉伸性能，我們對(duì)試樣的拉伸斷口做了電鏡分析。

保溫0.5小時(shí)的試樣的拉伸斷口形貌，斷口分布著不規(guī)則形狀的黑色區(qū)域，即韌窩。斷口表面覆蓋著大量白色撕裂峰和韌窩，韌窩地步可能有少量的塊狀?yuàn)A雜物。較大韌窩的出現(xiàn)可能是在其底部存在塊狀?yuàn)A雜物。

保溫1.5小時(shí)試樣的拉伸斷口行貌，斷口不均勻，有較大的差距，這有可能是斷裂處存在較大的鑄造缺陷。

保溫2.5小時(shí)試樣的拉伸斷口形貌，斷口一部分為大小均勻的韌窩，另一部分則是大面積的撕裂白色鋁基體，這與該試樣良好的韌性是相對(duì)應(yīng)的。

六、取樣及成分分析

澆鑄出的試樣是圓柱型，將其固定在鉆床上，用鉆頭鉆孔，講細(xì)小的碎屑收集起來(lái)，編號(hào)后存在試樣袋中備用。

實(shí)驗(yàn)采用光譜分析的方法來(lái)分析鋁合金中的成分。

實(shí)驗(yàn)采用的儀器是DAIRD光譜分析機(jī)，型號(hào)為Xtec Trovac 1000。

成分分析結(jié)果如下：

序號(hào) 0.5 1.5 2.5

含鐵量，% 0.13 0.26 0.32

根據(jù)分析結(jié)果可以看出，鐵含量隨著保溫時(shí)間的增加而不斷增加，但是增加速度卻在下降。由于鐵在鋁合金中危害性，一般要控制鐵含量在1.2%以下，當(dāng)鐵含量超過(guò)1.5%時(shí)只能作為鋼鐵工業(yè)脫氧劑。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)使用鐵坩堝對(duì)ADC12進(jìn)行熔煉，然后對(duì)澆鑄試樣進(jìn)行微觀組織分析、拉伸試驗(yàn)、拉伸端口掃描以及成分分析得出如下結(jié)論：適量的延長(zhǎng)熔煉保溫時(shí)間能提高鋁合金的機(jī)械性能。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁合金中溶入的鐵元素增加，但是增加速度會(huì)隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減緩。根據(jù)金相組織分析，鐵元素在鋁合金中能形成針狀相，降低合金的機(jī)械性能。保溫時(shí)間在3.5小時(shí)內(nèi)，鐵元素的增加量不超過(guò)1.2%，鐵元素對(duì)鋁合金的影響不大。

參考文獻(xiàn)

[1]田榮璋，等.稀土金屬對(duì)鋁硅ZL104合金組織和性質(zhì)影響的研究[J].1982.

中圖分類(lèi)號(hào)：TG249

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A