高铁含量铝硅合金性能改善

高铁含量铝硅合金性能改善

张开兴

河南中孚技术中心有限公司，河南巩义， 451200

摘要：本文主要对率硅合金内的铁元素的来源以及铁元素在铝硅合金内的具体存在形式进行了简单的介绍，同时关于铁元素对于铝硅合金的性能方面的影响进行了有效地分析，现阶段对高铁含量铝硅合金消除富铁相影响的研究了解到，经过对冷却的实际速度以及中和剂的有效添加以及熔体过热与变质处理等手段能够一定程度上降低铝硅合金内铁相的有效作用，然而若合金成分产生变化，尤其是硅含量产生改变，对合金性能的改善效果所产生的偏差相对较大。

关键词：硅铝合金；高铁含量；性能；研究

前言

铁元素在铝硅合金内，往往是以高铁金属间化合物的形式存在的，较为常见的有α相与β相两种。α相一般情况下是以汉字状、骨骼状或者花卉状的形式出现的，其晶体结构主要为六方晶格结构。β相一般情况下是以针状的形态出现的，晶体结构主要呈单斜晶型。

1. 铝硅合金中铁元素的主要来源

对于铝硅合金来讲其内的铁元素主要来源于三个方面：首先是在加工过程中所采用的具体原料以及回炉料方面。铝矾土内通常情况下是存在一定程度的铁杂质的。采用金属型以及压铸生产所产生的废铸件内也经常会存在一定程度的铁元素。该部分炉料在各次的会用内均会造成铁元素的实际含量逐渐增加。其次，在进行对炉料处理的过程中若是无法进行有效地预处理也会造成铝硅合金中出现铁元素，在展开对回收使用的废铝预处理过程中，若是没有对铁嵌件进行全面地清楚，尤其是碎块废铝内含有一定的氧化铁与粉状铁。此外，在进行对铝硅合金进行熔炼处理的过程中出现了一定程度的渗铁。采用没有涂层的操作工具或者熔炼工具以及金属型，抑或是采用了具有涂层的操作工具，然而此类型含铁工具在具体的施工过程中使用时间若是过长，将会造成涂层出现一定程度的剥落，在高温的环境下往往会出现铁元素渗入到铝熔体内。

2. 铁元素对铝硅合金性能的影响

2.1常规力学性能方面的影响

在铝硅合金内，若铁元素的含量超过0.5%的状态下，片状的β相对于合金强度提高的同时也会使得合金的伸长率受到一定的影响，导致其伸长率降低。若硅铝合金内的铁元素含量超过0.8%的状态下，合金的实际伸长率将会出现相对较为明显的下降。部分研究人员针对319铝合金进行了研究，在具体的研究过程中从而发现若将合金内铁元素含量由0.4%提升到1.2%的情况下，合金的伸长率将会出现4%到1%幅度的下降，然而合金的强度实际所提高的程度不明显。在采用钠变质的铝硅合金内，铁元素含量每增加0.1%，将会使得合金的伸长率出现相应的1%的下降。在铝硅铜合金内若是铁元素的含量出现一定程度的增加，将会导致合金的伸长率降低，若合金内的含量超过0.9%的状态下，将会使得其伸长率出现极为明显的影响。铁元素的存在能够同铝元素还有硅元素形成具有0.5%铁、12.5%硅还有87%的铝的三元共晶物，超过5%的铁元素往往是以粗大的铝硅铁化合物的形式表现出来的，若铁元素在8%左右的情况下，该类型的化合物能够实现合金强度与硬度性能的有效提高，然而使得合金的塑性出现一定的降低，若铁元素含量超过了0.8%，合金的强度还有伸长率均会造成极大程度地降低。

2.2抗腐蚀性能的影响

铝硅合金内的铁元素相可以一定程度上打破合金表面的氧化膜，导致合金表面的氧化膜的连续性受到一定程度的破坏，晶界上析出的β相将会加快铝硅合金产生电化学腐蚀，以至于合金的抗腐蚀性能受到影响以致其下降。若铁元素含量超过7%的情况下，此类型的现象在粗大片状的β相具有相对较为明显的表现。

2.3铸造性能方面的影响

将铁元素含量保持在一定的范围内，能够使得合金在不影响其抗热烈性的基础上，实现对硅量相对较高的铝合金的铸造性能得到一定程度的提升。然而，铁元素对A1—4Si—Mg合金的抗热烈性与铸造性能均造成不良的影响。在ZL108的铝合金中，其流动性与收缩率都会因为铁元素含量的逐渐增加从而性能下降。若铁元素含量超过了0.8%，表现出了粗大针片状β相对于枝晶间液态合金的流动造成影响，将会导致合金的充型性能出现恶化。除此之外，粗大的β相将会使得合金内的缩松程度增加，通过进行锰的添加将会使得其补缩性能下降的情况得以有效改善。

2.4切削性能方面的影响

由于合金内富铁相将会使得铸造零件在进行生产加工的过程中对于操作工具造成相对较为明显的磨损，在此情况下使得工件的尺寸很难得到相对较为明确的保证。即便铁元素含量保持在0.6%以下的状态下，在进行工件的加工过程中刀具也磨损量也会由于铁元素含量的逐渐提高从而不断扩大。同时，合金内坚硬的富铁相能够造成切削出现断裂，因此一定范围内的铁元素含量的应用能够改善合金的整体切削性能。

2.5高温性能的影响

通常情况下，铁元素常常被视为合金内的有害杂质元素，然而铁元素和其他组元的形成的不同类型的金属间化合物的具有良好的硬度以及熔点也相对较高，极有可能作为强化相。采用适量的铁元素，能够极大程度上提升合金的高温强度，同时还能够确保合金的室温强度与塑性不会受到相对较为明显的影响。活塞在运作的过程中，其顶部区域的温度相对较高，铝硅合金基体本身在此高温的环境下，其强度将会出现大幅度下降，然而含铁元素的率硅核减内的铁相在该种环境下的形貌还有结构均不会产生变化。所以，含有一定范围内的铁元素的铝硅合金能够一定程度上实现活塞的使用周期，通常情况下，是以铁元素含量超过0.5%作为高温铝硅合金的一个标准。

3. 有效降低硅铝合金内Fe相的有害影响

在降低铝硅合金内铁元素有效影响的方法相对较多，其整体的思路主要涉及到两种类型：一种为采取有效措施进行对硅铝合金内的铁元素进行有效地去除，从而使得铝合金达到回收利用的效果，尽管该种办法在实际应用过程中能够取得相对良好的效果，但是其成本方面经济效益相对较差。另一种思路主要为一定程度上改善铝硅合金内铁相的形貌，令危害相对较大的针状β相转化成为对于合金性能危害相对较小的α相，该种方法在处理的过程中所消耗的成本相对较小，以下对改善合金内铁相形貌的相关方法研究进行分析。

3.1冷却速度的调整

改变冷却速度进行降低富铁相危害的主要原理是通过进行冷却速度的调整进行对针状β铝硅铁富铁相的生产的抑制。根据相关资料了解到，在平衡的状态下凝固过程中，便于β相富铁的生产，若是提高冷却速度则便于α相富铁的生成。根据研究发现冷却速度的变化对于α相的形状所产生的影响相对较小，然而冷却速度降低时其含量也会出现一定程度的减小，在保持平衡状态下凝固过程中，通常情况下不会生成α富铁相。对β富铁相的尺寸，冷却速度的改变将会造成极大程度的影响。

3.2中和剂的添加

采用中和剂主要是进行对针状β富铁相生成的抑制从而降低富铁相所产生的危害，通过在合金内进行锰、钴、铬、钵等元素中和剂的添加，从而促进汉字状的α富铁相的生成，以此有效降低针状β富铁相的生成。

在具体的应用过程中锰是经常应用的中和元素。当向合金内进行锰元素的添加过程中当其含量达到一定标准时，富铁相晶体开始由单一方向生长转变成了向其他方向一起生长，使得针片状的β富铁相被对合金危害相对较小的α富铁相所替代，以此实现对富铁相形貌的改变使得合金性能得到有效地改善。

3.3熔体过热处理

通过过热度的升高，富铁化合物的形态也会得到一定程度的改善，因为熔体温度超过了液相线，高熔点的质点被熔化，抑制了核心的形成，同时还能够使得熔体的纯净度得到有效地提高，此外氧化铝晶体结构也会产生一定的变化，从而令富铁相产生变化对其形态具有改善作用。

结束语

随着研究人员针对铝硅合金内铁相影响方面的不断研究，从而发现通过在合金内进行中和添加剂的添加以及熔体过热处理等方法能够一定程度上实现对合金性能的改善，若是合金成分发生变化，尤其是硅含量产生变化对于合金性能改善具有极大的影响。

参考文献：

[1]孙业赞，张国伟．铁在铝硅合金中存在的形态及其作用分析[J]．铸造，2017(7)：42-46．

[2]银健民，张连英．铁对ZL108合金铸造性能的影响[J]．热加工工艺，2018(14)：22-23．