锶变质在生产A356产品中的实收率探究

锶变质在生产A356产品中的实收率探究

李明,吕亚君，冷勇

（云南铝业股份有限公司  云南省昆明市  邮编：650502）

摘要：A356铝合金主要是汽车零部件的原材料，用于汽车的承载零部件，所以对力学性能具有特别的要求。简单的铝硅合金不能满足汽车承载件的要求，均需添加部分合金元素来实现。锶就属于铝硅合金中的变质剂，通常以中间合金的形式添加，故研究生产A356产品添加铝锶中间合金变质剂的实收率具有重大的现实意义。

【关键词】：  铝锶合金、A356、生产工艺、锶的化学性质、实收率等

1 锶元素在A356中的作用

A356铝合金是一个典型的Al-Si-Mg系三元合金，是一个具有优秀的综合性能的铸造铝合金。它不仅具有很好的铸造性能（流动性、线收缩小、无热裂倾向），可铸造薄壁和形状复杂的铸件，而且通过热处理可达到较高强度、良好的塑性和高冲击韧性的理想综合，因此成为了汽车铸造铝轮毂的首选材质。合金元素成分如下表1。

A356铝合金含有7%左右的硅相，由于其含Al-Si共晶量较高（约44.7-54.8%），Al-Si共晶中的Si相以粗大的针状晶结晶，降低了力学性能，所以，一般经过变质处理使共晶硅由粗针状细化为颗粒状，来改善合金的力学性能①。由于钠变质在长期工业运用过程中发现有过早衰退失效的问题，钠变质效果只能维护几十分钟，变质稳定性差；锶变质效果可维持长，变质稳定性大大提高；故工业中开始研究和运用锶变质②。

锶为银白色金属，密度为2.54g/cm3（20℃），熔点为774℃，沸点为1364℃。由于锶很活泼，故以中间合金的形式加入铝熔体，减少因活泼带来的不利影响。

2 生产工艺步骤

A356铝合金主要产设备为天然气升温熔炼炉、电磁搅拌装置、在线除气装置、过滤装置、竖井铸造机、锯切装置。

A356铝合金主要生产工艺流程，充分利用电解原铝余热，熔化各种合金元素；通过炉内、炉外熔体净化技术，得到洁净符合要求的铝熔体；铝熔体经过竖井铸机，分批铸造成型为毛坯，再经锯切装置后得到符合包装的铝合金棒材。

熔炼的基本目的是：熔炼出化学成分符合要求，并且获得纯洁度高的铝合金熔体，为铸造成各种形状的铸锭创造有利条件。生产工艺的研究主要是保障成分均匀、熔体符合的前提下，通过改变铝锶合金的加入时机、熔体停得留时间等来得到期望的实收率，最终确定较优的熔炼生产工艺。

2.1 结合铝硅合金的熔炼目的和金属锶的特性，熔炼炉内采取2种工艺方法来添加AlSr10合金。

2.2 考虑铝锶合金的熔化及成分均匀，通过精炼操作使成分均匀。采取主要生产流程：装炉—配料—添加合金元素—熔化、搅拌—铝锶合金—精炼、搅拌—成分分析、静置—铸造。熔体温度为700-750℃，加铝锶合金温度为720-740℃，精炼20min，静置时间为40min，精炼采用熔剂和氮气的综合方法。

2.3 仅考虑铝锶合金的熔化，不经过精炼环节，增加铝锶合金的搅拌操作。采取主要生产流程：装炉—配料—添加合金元素—熔化、搅拌—精炼、搅拌—铝锶合金—成分分析、静置—铸造。熔体温度为700-750℃，加铝锶合金温度为720-740℃，铝锶合金不参与精炼，增加搅拌时间为5-10min，其他工艺不变。

2种方法成分均在熔炼炉内制取2个样品来分析。

  2.4 熔体开始静置到铸造的停留时间来看锶含量的变化。静置时间均采取60-90min、90-120min、120-150min三阶段；铸造后每批次制取1个成分样。

3 结果分析

3.1 熔炼炉内2种工艺方法的结果分析。

生产试验结果统计如表2。

铝锶中间合金经过精炼后，样品实收率为74.87%，极差为0.0005%；不经过精炼增加搅拌时间，样品实收率为82.32%，极差为0.0011%。两者比较，方法2的实收率比方法1提高了7.45%，在生产中具有较大的成本价值和能耗意义；而极差提高了0.0006%，说明成分均匀性变差，但在产品范围内（0.020-0.035%），极差波动是可控制的。两者结果对比如图1、2。

图1 实收率                            图2 极差

锶的化学性质较为活泼，与卤素、硫、硒等容易化合，常温时可以跟氮化合生成氮化锶（Sr3N2），加热到熔点（769℃）时可以燃烧生成氧化锶（SrO）。气体精炼剂为氮气，固体精炼剂中含有大量的氟、氯盐，在熔融状态下均与氮气、氟盐、氯盐发生化学反应，导致锶消耗。故方法1，参加精炼的铝锶合金实收率偏低7.45%。方法2，未参加精炼的铝锶合金通过增加搅拌操作来达到成分均匀，但由于时间不够，导致极差大0.0006%，可适当延长搅拌时间来弥补。

3.2 熔体停留时间与锶含量变化的结果分析

生产试验结果统计如表3。

从表3中，可看出静置到铸造各阶段锶含量变化情况。60-90min熔炉样与成品样，锶含量均值降低0.0005%；90-120min熔炉样与成品样，锶含量均值降低0.0009%；120-150min熔炉样与成品样，锶含量均值降低0.0049%。熔炉样与成品样的差值如图3，正值表示降低，负值相反表示升高。结合客户对成分的要求，锶含量在120分钟后降低量大，成品样与熔炉样波动较大，可能会导致出现产品不符合的情况，生产实际中应需加以控制，避免波动和不合格产生。

图3 锶含量差值图

3.3 其他性能结果分析

   以上生产试验，通过各炉次的性能监测，抗拉强度、伸长率、硬度均在185-210MPa、9-15%、65-71HB之间，均远高客户的要求。显微组织变化不明显，均变质充分；锶在0.02-0.035区间时，均满足A356产品的变质要求，如图4。

图4 锶变质显微组织×200

4 结论

结合生产试验结果，在生产A356铝合金过程中，为得到期望的锶实收率，以满足成本、质量和能耗指标，添加铝锶中间合金做好以下3点。

4.1 因金属锶化学性较活泼，与氮气、氟盐、氯盐会发生化学反应；添加后须避免与精炼剂含有氮气、氟盐、氯盐的精炼操作。

4.2 锶在熔体中停留120分钟内，含量变化不明显；超过120分钟后含量降低明显，须将熔体静置时间控严格制在2小时内，防止波动或产生不合格品。

4.3 精炼后添加铝锶中间合金，实收率可提高7.45%，成分波动不能满足客户要求时，可适当延长搅拌时间来提高成分的均匀性。

参考文献

【1】作者：锶红梅 毛协民等 变质处理对A356熔体氢含量的影响 上海大学材料学院 2011.10

【2】作者：毛协民 汽车轮毂用A356铝合金简介  2011

作者简介：李明，中共党员，男，51岁，1995年10月到云铝股份公司工作，从事铝合金熔炼与铸造工作近三十，工程师。