浅谈铁元素在铝合金中的作用.doc

铁在铸造铝合金中一直被认为是一种主要的有害杂质，各个国家、专业标准均对其作了明确的限制，各企业标准对其控制更为严格。这主要是由于随铁含量增加，在金相组织中会形成本身硬度很高的针、片状脆性铁相，它的存在割裂了铝合金的基体，降低了合金的力学性能，尤其是韧性，并且使零件机械加工难度增加，刀、刃具磨损严重，尺寸稳定性差等等，但是，低品质铝合金锭中铁含量本身就高，随着合金炉料的回用，生产中铁质坩埚、工具、置预件等的使用使合金增铁在所难免。多年来一直吸引着广大铸造工作者去研究，下面就铁在合金中的作用及其减弱消除对策进行讨论。 铸造系合金中铁的作用 铸造合金中铁的存在形态 表是铝硅系合金中铁的存在形态，其中和是常见的二种形态。而和不是很常见。其中和（，）的结晶结构特征目前还不甚详细。至于形成什么样的相，除与合金中的含铁量有关外，还与铸件的冷却速度、合金元素的数量、种类等密切相关。汉字状的相对系合金可提高强度、硬度，对韧性降低不多，而针状的相则严惩割裂基体，显著降低合金的韧性，尤其冲击韧性，据报道，当时，可使整个合金本身变脆。 表系合金中铁相形态 类别晶体结构熔化温度形状六方晶体汉字状单晶体针、片状立方晶体四方晶体铁对铝硅合金机械性能的影响 对室温机械性能的影响 对二元合金，当时，片状相可提高合金的强度并稍降低其延伸率；当时，延伸率开始较大幅度降低，当合金中的从增加到时，对强度值的增加是微乎其微的，但却显著降低其延伸率从降到，对变质的共晶合金是每增加可使延伸率降低多。 对高温性能的影响 铁虽然降低了活塞合金的室温机械性能，但却提高了它的高温机械性能，这主要由于高温时基体本身强度随温度升高下降很多，而此时以网状、汉字状和细小针状存在的铁相，它们在左右时基本不变，是稳定的化合物相，正是它的存在提高高温下试样的抗拉强度。对合金，当时，为。 对耐磨、耐腐性的影响 铁提高系合金的耐磨性，这是由于硬质针状铁相使基体得以强化，抵抗变形能力，同时又起到支承作用，使耐磨性提高。同时铁相使合金表面的氧化膜失去连续性，易发生电化学腐蚀，铁降低合金的耐腐性。 对铸造性能的影响 随着铁含量增加，在合金结晶时，由于相干扰枝晶间流动，所以会使疏松增加，同时增加合金的热裂倾向，但是对压铸铝合金一定量可防止粘膜，但也有报道称一定量增加合金的流动性。 对机械加工性能的影响 铁相使机械加工性能恶化，增加刀刃具的磨损量，使尺寸稳定性变差。 铁的有害作用消除、抑制方法 机械方法 常用的机械去铁法有过滤法、沉淀法、离心铸造法等，它们均是采用在熔体中加入、等合金元素使之与铁形成大的化合物，由于其密度与铝合金不同会产生沉淀，使用沉淀的方法称为沉淀法，它可使铁降低。将通过过滤布，过滤网、板，使大块化合物得以过滤的方法，称为过滤法，它可使降低，将加入合金元素的熔体，在离心力作用下，由于密度的差异使铁相移向边缘，而内部铁含量可由降低到，降低效率达。不同转速、不同比对除铁效率也有影响。生产中应用的机械方法一般均联合使用，如过滤法与沉淀法，先沉淀后过滤，以及过滤与离心铸造结合会取得更加好的效果。 熔体处理方法 加入合金元素中和的作用（变质处理） 熔体中加入合金元素来改变铁相形貌，减弱铁的作用，提高合金强度，改善延伸率，通常加入的元素有：、等，下面逐个分析： ：是最常用和用得最多的元素，加能显著减少铁相的数量和尺寸，甚至使铁相完全消失，由于的加入扩大了铁相区，从而使得铁相向铁相转化，中和铁相的的加入量多少现还不能定论。据称在合金中加入的，就能使含的合金中针、片状铁相转变为铁。有人推荐按（）添加，总之通过添加可逐渐使相的数量减少，尺寸变小，直到不出现为止。 ：在合金中加可使粗片状的相转变为汉字状的铁相，加能防止含的合金的脆断，在合金中加入使含铁为合金的伸长率由增加到，加可使含的合金伸长率由提高到。 ：的作用与相似，但需要稍加入以使富铁相成球形，有人建议的比率应为，同时的加入于其本身的偏析体小，所以其效果优于。 ：也可作为一种中和剂，当加入量时，能形成一种紧密相，同时由于是一种很好的抗氧化剂，能提高合金的性能，在砂型铸造件能使合金的抗拉强度提高，同时不降低其延伸率，另据报道，在合金中加入会使杂质相的形态由长针改变为危害较小的园球形或近园球形，从而提高合金的塑性。 ：可用来中和的有害作用，其效果比好，它是合金中的有效变质剂，在含的合金中加入的和的能使合金的延伸率由增加到，抗拉强度由增到。 ：也可起到中和杂质铁的有害作用，当含量在一定程度时会形成化合物相，从而减少铁相的形成。 和：也是铁有害作用的中和剂，其中还能作为铝合金的变质剂，据报道加入硫磺可使铁相大部分变为短杆状及汉字状，有少量是团球状、块状。但单独加时效果不理想，须与其它元素如、稀土等配合，其效果明显。 稀土：稀土是一种很好的相变质剂，据报道，对合金加入，可有效减少铁相的数量和尺寸，对合金，当加入后，所存在铁相化合物呈汉字状，且细化。日本专利也曾报道加入及相同量的，可减少铁的数量和尺寸，并且在许多系及型材合金中得到证实，这主要是由于本身是一种变质剂，合金净化剂，它的加入可有效去除铁的有害作用。 总之，对于变质中和剂，它能减少消除铁相的形成，但它本身并不能去除的有害作用，只起减缓作用，且随量增加使用的变质剂量也增多，一定程度上降低合金的韧性，并且，由于其形成各种复杂化合物会带来其它相关的副作用，因此，我们提倡使用变质剂，且使用复合的综合性能变质剂，尽可能加入量少。 熔体过热和快冷处理 熔体过热 据报道，过热处理可减少富铁相的形核核心，这是由于在高温时富铁相的形核核心是（），而（）在低温时存在，当温度高到一定程度时（），（）相就转变为（），不利于铁相的形核，从而抑制了铁相的出现。同时发现随熔体过热度的增加，铸件中富铁的晶间化合物变的越细，当浇注温度大于时，合金中的片状铁相就转变为铁相，且这个过程不可逆转，即一旦熔体过热到足以产生相的温度随后的处理和静置对铁相形态无影响，并且当铁量愈高时，用过热方法改变就越来越困难。在实际操作中由于过热后熔体吸气，氧化严重，所以一般很少采用。 快速冷却处理 快速冷却处理可减弱铁的有害作用，这是大家所共认的，国家专业标准中规定的砂型铸造的质量小于金属型也就是这个道理。快速冷却时合金液中形核核心多，界面推进速度快，形成的有害铁相在同等条件下要短、要细，甚至看不到针状相，同时合金中中和相所需的量也随凝固过程中冷速的变化而变化，冷却速度对相形态也有很大影响。当冷速时，有助于铁相的形成，当冷速时，会抑制铁的产生。 讨论 （）合金中含量是否应符合国标？ 在合金化处理方法和提高冷却速度条件下，我们可以减少甚至消除针状铁相的危害作用，使其组织性能达到国标规定的要求，此时合金中铁含量已超标，甚至严重超标，那么此时应以成分为主呢，还是以性能为主？我们主张的有害作用消除了，其含量或者说铁含量当量（即此时的铁含量以平常的国标相当的量）应仅作参考，主要以组织性能为依据，成分不应具有否决权，与国外铸造发达国家相比，我国国标规定的含量明显严于国外，因此我们希望我国专业行业标准能出现相应的标准。 （）减少铁的有害作用在生产中如何操作？ 在生产实际中