如何预防A356铝合金针孔的形成.docVIP

如何预防A356铝合金针孔的形成 赵鹏 鞠永伟 张瑞忠 中国铝业山东华宇铝电有限公司, 山东临沂 摘要：A356铝合金要求良好工艺过程控制来保证良好的针孔度和断口组织, 因此如果能够很好的排除铝液中氢的含量, 减少气孔, 在A356铝合金生产中, 将对质量的提高起到关键性的作用。 关键词：氢 针孔度 形成 1、前?言 随着汽车行业的快速发展, 更多的企业开始投身于汽车轮毂的研制开发和生产, 随之而来的是, 整个市场对铝锭的需求量越来越大。但是由于铝合金需要严格的工艺过程控制才能够生产出优质的产品。因此相当一部分因产品质量不达标而不能满足实际生产的 需要, 虽然很多的企业也经过不少的技术改进, 可客户对质量问题的反馈却没有减少。 2、目前A356铝合金质量主要存在的问题 A356铝合金的针孔等级不能达到实际要求, 而氢是造成铝合金针孔的主要原因, 氢的主要来源是由于水蒸气在铝液的高温下分解所产生的。因此, 在铝合金的熔炼生产过程中造成水蒸气产生的原因, 也就是直接影响针孔形成的主要因素。 3、A356铝合金针孔的形成过程 3.1 A356铝合金中针孔的介绍 由于A356铝合金具有严重的氧化和吸气倾向, 熔炼过程中又直接与炉气、外界人气相接触, 因此, 如在熔炼过程中控制稍许不当, 就很容易吸收气体而形成针孔。针孔通常是指铸件中小于的析出性气孔, 多呈圆形, 不均匀分布在铸件整个截面上, 特别是在铸件的厚大断面和冷却速度较小的部位。 根据A356铝合金的生产实践证明, 铝合金因吸气而形成气孔的主要气体成分是氢, 并且无一定的规律可循, 往往是一个炉次的全部或多数铸件均存在有针孔现象。 3.2 针孔的形成 A356铝液在熔炼和浇注时, 能吸收大量的氢气, 冷却时则因溶解度的下降而不断析出。目前有不少资料介绍A356铝合金中溶解有较多的氢, 其溶解度随铝液温度的升高而增长, 随温度的下降而减少, 由液态转变成固态时, 氢在A356铝合金中的溶解度下降19倍。因此铝液在冷却的过程中, 氢的某一时刻, 氢的含量超过了其溶解度即以气泡的形式析出。因过饱和的氢析出而形成的氢气泡, 来不及上浮排出, 就在凝固过程中形成细小、分散的气孔, 即平常我们所说的针孔。在氢气泡形成前达到的过饱和是氢气泡形核数目的函数, 而氧化物和其他夹杂物则在起气泡核心的作用。 对A356铝合金而言, 如果结晶温度范围较大, 则产生针孔的机率也就大得多。这是因为在一般铸造生产条件下, 铝锭具有宽的凝固温度范围, 使铝合金容易形成发达的树状结晶。在凝固后期, 树枝状结晶间隙部分的残留铝液可能相互隔绝, 分别存在于近似封闭的小小空间之中, 由于它们受到外界大气压力和合金液体的静压作用较小, 当残留铝液进一步冷却收缩时能形成一定程度的真空, 从而使合金中过饱和的氢气析出而形成针孔。 3.3 形成气孔的氢的来源与析出 A356铝合金中气孔的产生是由于吸取水蒸气而形成的, 但气体分子状态的气体一般不能溶解于合金液中, 只有当气体分子分解为活性原子时, 才有可能溶解。这就是铝液吸收氢的原理。在A356铝合金熔炼过程中, 如果使用电炉熔炼, 则炉气中的水蒸气压力受空气湿度、炉料、溶剂及工具的干燥程度等因素的影响, 一般为399.9—1999.5Pa。对于火焰炉而言, 其燃料一般是天然气、煤气、重油, 燃烧后会含有不同比例的氧、氮、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物及二氧化硫等气体。在完全燃烧的情况下, 炉气中约含有25%的水蒸气, 二氧化碳约为9%, 其余为氮。但实际上燃料不可能完全燃烧, 因此在炉气中水蒸气的蒸汽压不低于6665Pa,水气含量是很大的。 A356铝合金中最有害的气体, 氢是唯一能大量溶解于铝液的气体, 是导致形成气孔的主要原因, 也是铝液中溶解度最大的气体。在凝固过程中由于氢的析出而产生的孔隙, 不仅减少了铝锭的实际截面积, 而且还是裂纹源。氢在液态铝或铝合金中的溶液解度很大, 而几乎不溶解于固态铝。（在室温条件下, 共溶解度约在0.003%以下。） 在A356铝合金熔炼时, 周围空气中的氢气含量并不多, 氢的最通常的来源是铝和水蒸气的反应, 而水蒸气主要来源于我们上面所说的炉气中的水分、设备及工具吸附的水分、一些材料的结晶水等, 其反应式如下 3H2O（水蒸气）+2AL=AL2O3+6（H） 回炉料带入的油污、有机物、盐类熔剂等与铝液反应也能生成氢： 4m AL+3CmHn=mAIC3+3n(H) 不同温度下活性氢原子在铝液或铝合金中的溶解度见表1。 ? 4、A356铝合金锭针孔形成的主要因素 针孔是A356铝合金中容易出现的且对产品质量致命影响一种铸造缺陷, 而氢是造成针孔的主要原因, 而氢的主要来源是水蒸气分解所产生的。因此, 在熔炼过程中造成水蒸气产生的