田忠云
新疆众和股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830013
摘要：针孔等级是判定铝合金锭内部质量的主要指标，而氢是针孔形成主要根源，其来源途径非常广，渗透于生产整个过程中每道工序，若操作不规范、工艺控制不严谨，很难将铝合金锭的针孔度有效控制在二级以内。
关键词：铸造铝合金锭针孔低倍检验中的问题
前言：铸造铝合金由于具有良好的铸造性能、力学性能及耐腐蚀性能，被广泛应用于机械、汽车、航空航天等领域。众所周知，铝合金在熔炼过程中，易于吸气与氧化，导致铸件中产生夹杂与针孔缺陷，影响铸件的力学性能，因此，在浇注前必须对合金液进行除气、除杂、变质、细化处理，从而保证铸件的质量。但是，由于对原始炉料处理工艺的研究不足，在一定程度上限制了熔体处理工艺充分发挥潜力，这也使得铝合金熔体质量的控制成为一项复杂的系统工程。
一、铸造铝合金锭针孔低倍检验中的问题
1.所谓“ 针孔” 就是细小如针尖的孔洞, 从性质种类上看, 它可以是气孔、可以是硫松孔, 还可以是内缩孔; 从形状上看. 可以是圆球形, 也可以是圆团形还可以是多边形。既然注中规定硫松和缩孔不作为针孔低倍检验级别评定依据。那么, 这里是意指气孔。然而凝固过程中残余液相中的溶解氮不断地富集结果使孤立小熔池中液相的含氮量更高。小溶池由液相转变成固相时体积收缩的同时， 溶解氮也会收缩而占据小熔池的空间, 成为析出气孔, 此时缩孔与氮析出气孔( 针孔) 两种缺陷是共生的, 难以区分。其次, 在低倍检验中是看不到孔壁状的, 有时即使肉眼观察到孔壁, 缩孔、疏松的内壁在肉眼下亦未必十分粗糙, 所以也是难以与气孔相区别的, 只有在扫描电子显微镜下才能看到其孔壁由枝晶露头形成的粗糙表面而加以区分。针孔低倍检验级别图片看, 铸造铝合金锭中的针孔是一种内生式弥散性析出气孔。 在4 5 0 ℃ 一75 0 ℃ 间惊池铝液表面形成它有保护铝液不再被乳化的作用,但此膜同空气接触这一面是硫松的, 吸附水气和氮。如果被卷入钢液中铝液的都增加,1A 2O 3 作为氮气泡核的基底, 促使铸造铝合金枕析出气体形成针孔顾粗多, 铝合金铸锭产生弥散性的、小团球形的气孔。说明形成这种气孔的气泡是团球形的. 被铝液包围, 形成于凝固过程的早期。在相同的含氮条件下。含蚤低的铝液由于纯洁度高, 可形成气泡核气孔教目减少，在铸锭最后凝固处形成弥散性的析出气形成于提固过程的晚期。由于气泡生核和长大时, 其周边被固体枝晶壁所包转, 不可能成为圆球形，只能是多角形或枝晶间裂陈状。可见,针孔并不一定是圆球形, 反之团球形也不一定是气孔, 疏松和缩孔低倍磨蚀面上也多为团球形或团球形. 所以低倍下区分很难。
2.合金熔体中的氧化夹杂容易吸附大量气体，未经过滤的合金锭凝固以后，氧化膜黏附在枝晶表面并在枝晶间形成疏松的集中区。做拉力试验时；在拉伸加载过程中，这些疏松集中区往往容易成为裂纹萌生源。可以说，铝合金锭基体中的夹渣物对材料断裂过程的影响非常大。首先，当材料受到拉伸力作用时，裂纹优先在夹杂物和基体界面或夹杂物本身形成，并在裂纹前沿处产生应力集中；当拉应力超过屈服强度时，裂纹尖端附近首先发生塑性变形，形成一个塑性区，导致应力松弛和裂纹尖端钝化。随着塑性区扩大，裂纹前端的夹杂物进入塑性区。由于夹杂物和基体间的结合力比较弱，在拉伸应力的作用下，夹杂物与基体分离，形成最初的微孔。继续加大载荷，裂纹尖端与微孔之间的内颈缩加剧，使裂纹尖端和微孔迅速聚合，裂纹开始向前扩展。另外，与夹杂物伴生的疏松也可直接成为裂纹源。夹杂含量高时，铝熔体黏度增大，流动性下降，导致合金锭凝固时枝晶问补缩通道易于被堵塞，形成显微缩孔。
夹杂含量还直接影响到熔体中的氢含量，夹杂含量高，则氢含量亦高，在熔体结晶过程中，一部分氢可能以气态的形式放出，其余则以过饱和固熔体的形式存在于晶体中。因此，存在夹杂的熔体中往往伴生大量气孔，气态氢在夹杂质点周围形成气孔，成为显微裂纹源，从而降低合金性能。不同的两次精炼，在中间过滤包上安装双层3过滤板处理铝熔体，将传统的炉内处理熔体方法与泡沫陶瓷过滤铝熔体有机的结合在一起，充分发挥二者优势，去除合金液中的粗大夹杂物和大部分的细小弥散夹杂物，使合金锭的针孔率下降，致密度提高；纯净度提高后，残留在合金锭中的细小弥散分布的夹杂物的平均间距大，裂纹尖端的塑性区扩大，相应地裂纹扩展阻力就增大，裂纹扩展变得困难。因此，在一定程度上提高了ZLDl01A合金的抗疲劳性能，并使得整体力学性能趋于稳定。综上所述，在原始合金锭生产过程中，在给定温度下炉料经充分熔化后，有三个环节决定合金锭的质量，即：炉料的变质细化、除气、除杂；在铝合金熔体中加入活性的变质元素和细化元素时，将对合金熔炼过程及熔体的质量产生重要影响，另外，有效的除杂工艺能去除合金锭中的粗大夹杂物和大部分的细小弥散夹杂物，使合金锭的针孔率下降，致密度提高。
二、应对
1.应对铸造合金锭中的“ 针孔” 加以严格的界定;界定后的“ 针孔” 应与其他缺陷能很容易地加以区分;应时检验级别图片加以文字说明, 如多大面积上允许有多少个多大的针孔作为哪一级, 图片最好不用照片, 照片不清晰, 最好人工绘制。将各种影响针孔形成因素降至最低炉料加入熔炉后，敞开炉门及烟道，利用炉内的余温或在熔炼开始时(当炉内余温较低时)使水汽及油污产生的气体排出以减少炉内氢的分压。这个时间过程可根据实际炉膛的大小、原料的污染程度调节控制。由于生产铸锭时所用原料一般均为低铁铝锭及金属硅，相对油污的含量几乎不存在，但在生产其他品种时，有时会有含油污的原料，用以上方法可取得较满意的效果。
2.提高合金液纯净度，防止氧化夹杂形成气孔。其影响因素还包括：铝液表面氧化膜形成后的破坏，熔化时间，温度的影响以及空气湿度的影响等。为提高合金液的纯净度，我公司采用了陶瓷加滤网双重过滤设施，保证了合金液纯净度的提高。在采用人工搅拌合金液的反射炉生产时，搅拌合金液时应尽量减少破坏合金液表面形成的氧化膜。目前正日益普及的磁搅拌系统可使表面氧化膜的破坏大大减少。氧化夹杂物的去除与减少，可降低铸锭针孔的形成率。，随着铝液温度的提高氢在铝液中的溶解度加大，这就造成稆液含氢量的增加，从而增加丁形成针孔的倾向。通过实验，在保证合空化的情况下我们摸索出比较适合该舍金的熔炼温度、精炼温度，静置温度，并严格控制合适的熔炼，精炼温度尽可能降低了铝液的吸气倾向。满足了用尸生产高性能铸件的要求。此方法对生产其他牌号针孔等级度要求较高的铸造铝合金锭也有指导作用。
结束语：采用本工艺能有效的去除合金锭中的粗大夹杂物和大部分的细小弥散夹杂物，使合金锭的针孔率下降，致密度提高；工艺方法简便宜行，工艺稳定性好，生产成本较为适宜。
参考文献：
【1】马宏声，孝云贞．有色金属熔炼与铸锭【M】．沈阳：东北大学出版社2019
【2】李双寿、曾大本，李海星．预细化A356合金炉料状态与熔体处理工艺的交互作用【M】．北京：科学出版社，2019
【3】倪红军，等．A356合金废料的复合净化再生【J】中国有色金属学报，2019，12(铝合金专集)：70一73
[4】顾景诚，孙兴信．原料组织遗传性对铝及铝合金显微组织的影响[J】．轻合金加工技术，2019， (4)
【5】王冬，董秀琦，王学刚．铸造合金过滤净化机理的探讨【J】．材料科学与工艺，2019。(3)：96—99