铝合金铸件

据主要合金元素差异有四类铸造铝合金。

(1)铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在4%～13%。有时添加0.2%～0.6%镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。此类合金广泛用于制造活塞等部件。

(2)铝铜合金，含铜4.5%～5.3%合金强化效果最佳，适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。

(3)铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝合金，含镁12%，强化效果最佳。合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。

(4)铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。不经热处理就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。

铸造铝合金具有与变形铝合金相同的合金体系，具有与变形铝合金相同的强化机理﹙除应变强化外﹚，他们主要的差别在于：铸造铝合金中合金化元素硅的最大含量超过多数变形铝合金中的硅含量。铸造铝合金除含有强化元素之外，还必须含有足够量的共晶型元素﹙通常是硅﹚，以使合金有相当的流动性，易与填充铸造时铸件的收缩缝。目前基本的合金只有以下6类；

① AI-Cu合金, ② AI-Cu-Si合金 ③ AI-Si合金 ，④ AI-Mg合金 ， ⑤AI-Zn-Mg合金 ，⑥ AI-Sn合金。

在铸造铝合金中添加稀土可以有效的改善铸造铝合金的缺陷。

1.稀土在铝合金中的精炼作用

铝合金中添加适量稀土元素对精炼效果具有促进作用。稀土元素可以改善夹杂物形态，净化晶界。采用真空吸铸法研究了Al RE中间合金对A356合金 流动性的影响，实验结果证明合金熔体中加入适量的稀土元素，能够使固液相线温度差减少，减小合金的糊状凝固趋势，并且降低合金熔体表面张力，此外还有去气、除杂的精炼作用，这都会使熔体流动性提高，粘度降低，有利 于夹杂物和气体的排除。

已研究开发出一种含有稀土化合物的铝合金新型熔剂，该熔剂通过发生一系列的物理和化学反应，不仅可使A356合金熔体720℃时的含氢量由大于0.30ml/100g(Al)下降到0.10 ml/100g(Al)以下，除气效果显著，并使A356合金的室温抗拉强度提高7.27%，延伸率提高85.58%。但是，过量的稀土元素也会加剧富RE相的聚集，成为夹杂物，从而降低合金熔体的流动性。

2.稀土对铝合金的细化作用

有目的地抑制柱状晶和双柱状晶生长，促进细小等轴晶形成，这种工艺过程就叫作晶粒细化处理。由于晶粒得以细化，合金的性能得到提高，同时还使缩松、热裂、针孔等缺陷下降。细化处理的最基本方法是抑制形核，以及向熔体中添加晶粒细化剂的外来形核质点。目前，添加细化剂的方法成为最有效、最实用的方法。铸造铝合金中常用的共有三种类型的晶粒细化剂：二元Al－Ti合金、二元Al－B合金和三元Al－Ti－B合金。中间合金(晶粒细化剂)加入到铝合金熔体中发生溶解，释放出金属间化合物相，成为外来形核核心。

在铝合金中加入稀土，既可细化晶粒，也可明显细化枝晶组 织(减小二次枝晶间距)，其最佳效果对应于不同的稀土含量。但是，其细化效果弱于Ti、B等元素。稀土加入的临界值与合金的 熔炼、浇铸条件有密切关系。只有在一定的生产工艺条件下，一定量的稀土才会有最好的细化效果。

采用一般细化剂，随着铝液 静置时间的延长，细化效果逐渐衰退；采用 Al－5Ti－1B－10RE中间合金，稀土元素能阻止细化元素发生聚集、沉淀，对Ti、B的细化作用有一定的促进作用，可有效抑制铝硅合金长时间静置过程中晶粒尺寸的衰退，适合于大批量生产汽车铝合金铸件。

3.稀土对铝硅合金的变质作用

铸造Al－Si合金中Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，它严重割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而需要将它改变成有利的形态。变质处理使共晶Si由粗大的 片状变成细小纤维状或层片状，从而提高合金性能。迄今已发现，碱金属中的K、Na，碱土金属中的Ca、Sr，稀土元素Eu、La、Ce和混合稀土，氮族元素Sb、Bi，氧族元素S、Te等均 具有变质作用。在Al－Si合金中，添加铝 稀土中间合金或稀土氯化物和氟化物，可使共晶Si相由片条状变成球粒状。不同稀土的变质能力不同，大体上随着原子半径由大变小，变质能力由强变弱。

稀土变质剂具有很好的长效性和重熔稳定性，吸气倾向小，无污染、加入工艺简便、 无腐蚀作用。研究结果表明，含La为0.056%变质后的合金，重熔10次，每次取样进行金相检验，发现最终仍有变质效果，La的最终浓度仍有0.035%，仍处于最佳变质范围之内。0.3 %混合稀土变质合金，重熔5次，发现最终仍有良好变质效果。

变质工艺直接影响着稀土的变质效果。对Al－Si合金，获得稳定变质组织的关键是减 少稀土的烧损，并防止稀土的偏聚，使稀土迅速均匀地扩散到铝液中。稀土变质有一潜伏期 ，即必须在高温下保持一定时间，稀土才能发挥最大变质作用。