铝合金生产中添加铝合金废料对力学性能影响研究

铝合金生产中添加铝合金废料对力学性能影响研究

杨明娟 杨海军 蔡振斌 王宏峰 刘志国 陈敬超

秦皇岛开发区美铝合金有限公司 河北省车轮新材料与测试技术创新中心 河北省秦皇岛市 066004

摘要:本文通过在熔炼炉试验及检测数据说明，在铝合金生产中，添加合金废料对合金力学性能产生明显影响，即废料比表面大，力学性能下降，反之，力学性能提高。并分析了产生影响的原因。

关键词：铝合金，废料，比表面，非金属夹杂物，力学性能

铝合金力学性能主要取决于其化学成份，其次是生产工艺，包括配料、熔铸、各种加工工艺，以及热处理工艺等。在熔铸工艺中，配料是不可或缺的工序。在此工序中，首先计算合金化学成份，然后要考虑选用何种原辅材料，它将影响产品质量和生产成本。原辅材料选择既要保证产品质量，又要尽可能使用价格低廉的材料。配料时选择部分铝合金废料是铝合金生产企业常用的办法。但是，选用何种废料，以及添加量和添加方法对产品质量，主要是力学性能会产生较大的影响。

铝合金废料多种多样，十分繁杂。为便于说明问题，本次试验用废料主要指铝合金废汽车轮毂，铝合金生产中产生的分析试样和铝合金碎屑复化铸锭。

影响合金力学性能的因素，除合金成份和合金化程度外，就是合金的洁净度。合金洁净度包括含气量和非金属夹杂物。这些物质存在使金属不连续，影响力学性能和其他物理性能，如电导率和热导率等。

铝合金的非金属夹杂物主要是来自于金属氧化物，如Al₂O₃，MgO等。这是因为铝是很活泼的金属，它能跟很多元素和化合物反应，其生成物就是Al₂O₃。如与氧和水反应生成物就是Al₂O₃。

4Al+3O₂→2Al₂O₃

2Al+3H₂O→Al₂O₃+6[H]

这些反应生成物覆盖在铝合金表面。由此不难看出，材料表面积越大，覆盖在铝表面的Al₂O₃越多，产生的非金属夹杂物就越多。显然，铝合金生产中应选择那些重量相同而表面积小的原料，即比表面小的材料。在我们选定的4种研究分析的对象中，其比表面由小到大的排列顺序是:铝锭→铝碎屑锭→废轮毂→检测样块。据估计，铝碎屑的比表面是铝锭的数十倍，甚至上百倍，如果用铝合金碎屑直接加入炉内，产生的非金属夹杂物多到难以接受的程度。因此，在试验前，我们先将铝碎屑进行复化，将大多数非金属夹杂物（即俗称渣子）经此道工序先清除，铸成复化锭，再进行试验。

本次试验铝合金为6061，配料分6种。废料均按比例配入，余量为原铝锭。每炉试验除了配料比例有变化外，其他工艺，如熔铸工艺，精炼剂品种和用量，除气时间及工艺尽量一致。防止不同工艺参数变化干扰试验效果。试验配料方案如表一所示。

试验配料方案 表一

试验在12T的燃气炉中进行，在铸棒中部取试样，每炉次取10根力学性能试样，共60根。将60根试样放在同一炉中进行固溶，淬火，时效热处理，进行力学性能检测。检测时从每炉次中随机抽取5根，检测后将力学性能经统计取其平均值，作为对比数据，结果如表二所示。

σ0.2

表二可以看到：根据检测结果，其力学性能有较大差别，结果如表三所示：

试验力学性能极差统计表 表三

从表二和表三可以看到，力学性能极大值在第一熔次，即不加废料。完全用新铝锭作原料，其次出现在第二熔次中，即加30%废轮。从综合力学性能看，第二熔次性能比较好。力学性能极小值出现在第四熔次中，即加20%废轮和20%检测试样，其余为原铝锭。

经分析：纯铝锭做生产原料，其比表面比较小，含非金属夹杂物相应较少，所以力学性能较好。综合性能比较好的第二熔次与第一熔次相比，虽然抗拉强度稍差外，其伸长率优于第一熔次。经分析，第二熔次虽然非金属夹杂物比第一熔次多，但与其他熔次相比，其比表面小。根据有的资料介绍，几个微米大小的金属氧化物在金属结晶时，附着在晶界上，阻碍晶粒长大，晶粒细小，有利于材料力学性能的改善。但当非金属夹杂物比较大，或者因多而聚集成块，这些物质不仅破坏了金属的连续性，而且往往是应力集中的地方，因而使材料力学性能下降。第四熔次之所以出现极小值较多，就是因为炉料中相比其他炉次，比表面大，所含非金属夹杂物多而造成的结果。

由上述试验和分析可知，炉料中比表面小的原料有利于提高合金的力学性能。但在纯铝锭做炉料中添加少量比表面稍大的废料，有利于细化晶粒，获取更好的力学性能。而对于比表面太大的废料如铝屑等，应先经复化，去除部分非金属氧化物再使用。采取这些措施均有利于保证合金材料的力学性能。

参考文献：

《铝合金及其加工手册》 中南工业大学出版社 1989年，356-372

李广18733450269河北省秦皇岛市经济技术开发区金山北路15号（2本）

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