铝硅系铸造铝合金中的铁相
铝合金中的含铁相
〜综述〜铝合金中的含铁相徐鲁杰1,张金民2(1.海军驻洛阳地区军代室，河南洛阳571002；2.中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南洛阳571637)摘要：铝合金中的富铁相有a-Fe相和0-Fe相，后者对铝合金的性能有危害。
一般认为，减少针状0-Fe 相，或使0-Fe相转变为汉字状或颗粒状的aFe相，可改善铝合金的力学性能。
铝合金中含铁相的结构有四方晶系、六方晶系、单斜晶系、正交结构和体心立方结构等。
采用重力沉降法、电磁分离法和过滤法等降低铝熔体中f》元素的含量，可以消除含f》相对合金性能的危害。
然而，铁元素也能改善铝合金的性能，部分高Fe铝合金具有较好的力学性能。
关键词：铝合金;含铁相;危害；力学性能中图分类号:TG113.12文献标志码：A 文章编号：1008-1690(2020)06-0015-04Iran-having Phast in Aluminum AlloyXU Lujic1,ZHANG Jinmin2(itae Reareseatative Office o f tha Nave in Luoyano,Luoyuno471002,Chino；2.2uoyano Ship MdtCdl Reseerch Institute.Luoyano471639,Heaan Chino)Abstrach:Iroo-Tch ppases in aluminum Hoy incluUe a-Fe ppass i V p-Fe ppass,th latteo will do hami te tae properties of aluminnm Hoy.It is ueaeralia consinerea tUai mechnicel properties of aluminnm dlloy may be improvea by decrease in acichlao p-Fe phass oo by transfomidtion of p-Fe ppass inte Chinese characteo oo urannlac a-Fe ppase.The iron-0aving ppases in aluminnm Hoy possess suh structures as tetraaonai system,.6X3(023：system,monoclinic system,ortUogonai stmcture,ang bogy centred chUic stmctum.The decrease in ien content in melted aluminum by oravitationai settling,electromaanetir sefaration,oo filtration process is)1》te dimirate disanven taoeons inUuence of ta》iron-centaining ppase on proneeies of ta》alloy.Iron》ement cen alse improve pronerties of aluminum lloy,howeveo,some of th hig0-iron aluminum toys have betteo mechanicot proneeies. Key worit:aluminnm loy；iron-0avine ppase;ham;mechanicot pronerte0引言关于铝合金中铁的作用,不少文献均有论述,大多认为铁是铝合金中的有害杂质元素卩5。
铝硅系铸造铝合金中的铁相_蔡勖勤
1 引言
室温时, 铁在铝中的溶解度很少。在铸造铝合 金中, 铁含量一般在 0. 2% ~ 1. 0% 的范围内, 因此, 大部分铁通常以化合物形态存在。最常见的针状化 合物形态如 F eA l3, Fe2Si2A l9 或称 T 2 相等, 它们随 着铸件截面的增厚, 铸造冷却速度的递降, 可以长得 非常粗大; 反之在薄壁的压铸件中由于结晶凝固速 度快, 铁相呈细小高密度针状形态分布。它们割裂 了金属基体的连续性, 使力学性能严重恶化。因此,
上述情 况说明, 铝锭 存在偏析, 结果判定 不合 格, 该炉铝锭必须进行重新熔炼。根据文献[ 1, 3] , 球状多 面体 铁相 ( FeM n) 3Si2A l15 的结 晶温 度是 在 649 以下至共晶温度 564 这一范围内。可以推 断该炉所以出现偏析是因熔炼温度偏低, 特别是出 炉时合金液的温度可能已接近 650 , 自出口至注 入锭模又有一段约 4m 的距离, 温度进一步下降, 球
like, w hich deteror ates the alloys mechanical properties. T o add a propriety ratio of manganese will neutralize the harmful effect of the iron, change it to the shape of chinese characters, fishbone, flower and globate polyhedr on. W e herew ith dissertate the configuration of ( F eM n) 3Si2Al15, the globate polyhedron, w hich is in the alloys of Zl108 and YL 113, and make out the segr eg atio n we think that the compound hasa high hardness, and brings mo re difficulty to machine finishing, and so for th we should distribute it as wel-l pr oportioned as possible and lessen t he quantity. T her efore, when the content of iron and manganese is on the hig h side, we may adopt some simple technolo gic method to decrease the content of the Fe- M n to a reasonable amount, make the ( F eM n) 3 Si2Al15 phase as less as possible.
几种铸造铝合金的铸造性能及力学性能分析
几种铸造铝合金的铸造性能及力学性能分析罗佳;孙亮【摘要】主要对3种铸造铝合金的铸造性能和力学性能进行研究对比.第一种是铝硅系的铸造铝合金,假设为A(ZL101,Al-7.1%Si-0.3%Mg);第二种是铝镁系的铸造铝合金,假设为B(ZL301,Al-10.0%Mg-0.09%Ti);第三种是最近新研制调配出的低镁低硅铝合金,假设为C(Al-2.5%Si-2.1%Mg-0.8%Mn-0.2%Cr).通过试验及结果对比可知,这3种铝合金的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率都表现出极好的强度,即具有很好的力学性能.其中,合金A的铸造性能良好;合金B的铸造性能、抗应力能力较差;低镁低硅的铝合金C的性能比较均衡,表现出很高的综合性能.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】2页(P30,32)【关键词】铝合金;铸造性能;力学性能【作者】罗佳;孙亮【作者单位】池州职业技术学院,池州 247000;池州职业技术学院,池州 247000【正文语种】中文就传统制造行业来说，普遍用到的铸造铝合金分为两大类。
一类是铝硅合金（如ZL101），可使用热处理强化后提高强度，延伸塑性[1]。
该合金的铸造性能优良，流动性好，较小的线收缩率，较低的热裂倾向，较高的气密性，但有产生缩孔的隐患，广泛应用于我国船舰雷达天线底座、泵外壳、齿轮箱、仪表壳等地方。
铝硅合金对海水腐蚀抗性较差，即便涂了防腐漆，也容易产生不规律的点片腐蚀。
另一类则是铝镁合金（如ZL301）对海水具有较强的抗腐蚀性能，铸造性能相对较差，且存在应力腐蚀倾向。
这两类铸造铝合金均不能满足舰船某些构件的应用需要。
因此，研制一种新型铸造铝合金，使其铸造工艺性能、力学性能及耐蚀性（包括抗应力腐蚀性能）等综合性能良好，满足舰船用铸造合金的要求，具有重大的国防意义[2]。
试验材料为A（ZL101，Al-7.1%Si-0.3%Mg）、B（ZL301，Al-10.0%Mg-0.09%Ti）及新近研制开发的低镁低硅铝合金C（Al-2.5%Si-2.1%Mg-0.8%Mn-0.2%Cr），均为砂型铸造[3]，分别通过细砂铸件铸造铝合金板试验，浇注温度为750℃。
铝合金及其熔炼
铝合金及其熔炼一、铝合金的系列：铝合金共有三个系列根据与其形成合金的元素而有些区别。
1、铝硅系：合金中硅含量在共晶点附近，合金的流动性好，铸造性能好，不易产生裂纹，致密性好，热膨胀量小，导热性好，耐腐蚀，适合压铸大型薄壁复杂铸件。
但是其机械性能不够高，切削性稍差，阳极氧化不理想。
2、铝硅铜系：合金具有最佳综合性能，应用广泛，尤其在汽摩行业。
3、铝镁系：合金的强度、塑性、耐蚀性和表面质量最佳，但收缩和膨胀量大，铸造性能差。
二、合金元素的作用：1、硅：铝与硅的共晶点在11.7%，共晶合金的凝固温度范围最小，补缩及抗热裂性最好，共晶点附近的合金都有良好的流动性，适合铸造薄壁，复杂大型的铸件。
随着含硅量的提高，强度与硬度也有所提升，但伸长力下降，切削性能变差，而合金对坩埚的熔蚀也增加。
2、铜：铜对于铝合金可提高机械性能改善切削性，但耐蚀性降低，热裂倾向增大。
3、镁：铝镁合金耐蚀性好，但由于凝固温度范围大，有热脆性故铸件易于产生裂纹，其流动性随着镁含量的提高而改善，但相应收缩也增加。
对于铝硅系合金而言，镁有强化效能，提高耐蚀性，改善电镀，阳极氧化的性能及铸件表面质量。
但对铝硅铜而言，必须控制其含量，因为镁会造成热裂，冷脆降低伸长率和冲击韧性。
4、铁：铁能缓解铝与模具的亲和力，通常控制在0.6% ~ 1%之间，过高的含铁量在铸件中产生FeAl3针状相，降低性能。
在铝硅系及铝硅铜系里过量的Fe形成金属间化合物造成脆性在切削时会影响表面粗糙度。
5、锰：适量锰能中和过量铁的不利影响，但不大于0.5%。
6、锌可提高流动性，改善机械性能，但高温脆性大，产生热裂。
7、锡：改善切削性能，降低强度和耐蚀性，有高温脆性。
8、镍：少量的镍能改善机械性能，对耐蚀性不利。
9、铅：改善切削性能，但有损耐蚀性。
10、铬：改善耐蚀性。
11、钛：细化结晶，改善性能。
三、铝合金的熔炼：铝合金的熔炼对压铸企业而言是个重要环节，一般均有熔炼及保温二种过程，一边压铸一边熔炼是不被容许的。
探析ZL101A铝合金中Fe危害的消除
探析ZL101A铝合金中Fe危害的消除在ZL101A铝合金铸造中，经常会出现Fe危害的现象，严重影响生态环境，因此，需要全面分析ZL101A铝合金性能特点，在明确铁相来源的情况下，对各类合金元素之间的关系进行了解，在改变铁相形态结构的情况下，减少铁相含量，以便于消除其中存在的Fe危害。
标签：ZL101A铝合金；Fe危害；消除措施对于ZL101A而言，具有一定的力学性能与耐腐蚀性能，可以应用在飞机构件生产工作中，在实际生产期间，需要利用高纯度原料，保证铝合金质量，将铁含量控制在0.1%左右，需要对各类生产环节进行管理，实现环保效果。
1 铁相来源与形式分析铝合金材料中含有杂质铁成分，因此，ZL101A铝合金中的铁相多源于原材料。
同时，在对其进行熔炼与铸造期间，会使用各类铁质工具，导致Fe被带入铝合金溶液中，出现铁相。
对于铝合金而言，主要的存在形式为：铝硅铁金属化合作，其中含有β与α两种铁相。
对于α铁相而言，其结构外貌与中国汉字较为相似。
对于β铁相而言，其结构外貌与“针”相似。
根据相关调查研究可以得知，“针”形状的铁相，会出现合金力学性能危害现象，而中国汉字形状的铁相所产生的危害程度较低。
一般情况下，铁相都是以“针”的形状出现在铝合金中。
“针”形状的铁相会对铝合金的力学性能产生较大程度的影响，与其中的含铁量相关，例如：在铝合金中“镁”数量增加的情况下，“针”形状铁相的数量就会随之增加，导致其受到严重影响。
2 ZL101A铝合金Fe危害的消除方式分析对于ZL101A铝合金而言，需要理清Fe的消除思路，一方面，要改善铝合金的外貌，减少其中存在的“针”形状铁相，使得中国汉字形状的铁相能够以其他形式出现。
另一方面，需要通过科学方式，直接减少其中存在的Fe元素。
2.1 铁相外貌的改善措施。
第一，对各类元素进行中和处理。
在ZL101A铝合金中，含有较多的特定Fe元素，以中国汉字形状或是“针”形状出现，对于铝合金的强度、性能等，都会产生一定的影响。
铁对铝硅合金性能的影响及抵消其有害作用的措施
Influence of Fe on the Properties of Al-Si Alloy and Methods of Neutralizing the Effect of Fe
LIN Xiao-zheng , Y IN F ei , SU N Bao-de (Shanghai Jiao tong University , Shanghai 200030 , China)
富 F e 相使铸造零件机加工困难 , 刀具磨损严重 , 很难保证部件尺寸的稳定性 。 甚至在铁含量 <0.6 % 的情况下 , 切削刀具的磨损量仍然随着铁含量的提高 而增大[ 1] 。Bonsack 也强调了 Fe 对合金切削加工性 能的有害作用[ 3] 。 当 然 , 尽管存 在刀具磨损问 题 , 但 由于坚硬的铁相可导致切屑断裂 , 所以适量的铁相能 改善合金整体切削性能 。 1.5 铁对铝硅合金高温性能的影响
《 铸造技术》 5/ 1999 铁 对铝硅合金性能的影响及抵消其有害作用的措施
·综述 Survey·
铁对铝硅合金性能的影响及抵消其有害作用的措施
林小征 , 印 飞 , 孙宝德 (上海交通大学 , 上海市 200030)
添加中和元素对铸造铝硅合金中铁相的影响
添加中和元素对铸造铝硅合金中铁相的影响摘要:铁作为铸造铝硅合金中最常见的一种杂质元素,大大降低了合金的力学性能,因此消除铁相在铸造铝硅合金中的有害作用是改善合金基体性能的重要方法。
而添加中和元素是成本最低而且最为有效的方法。
本文总结了添加不同中和元素对合金中铁相的影响。
关键词:铝硅合金铁相中和元素由于生产工具以及原材料的原因,铸造铝硅合金中不可避免的存在杂质铁元素,铁元素在铝硅合金中以金属间化合物的形式存在。
常见的铁相有α-Fe和β-Fe[1]。
研究发现,α-Fe主要呈汉字状或骨骼状,对合金基体的伤害作用不明显,而针状的β-Fe会对合金基体产生割裂作用,从而严重的影响了铝硅合金的力学性能[2]。
消除铁相在铝硅合金中有害作用的方法大体有种[3]。
第一种是从根本上减少铁在铝硅合金中的含量;第二种是改变铁相在铝硅合金中的形式,避免针状或者片状铁相的产生,减少β-Fe或者将β-Fe转化为α-Fe,使铁相尽可能的以α-Fe的形式存在。
通过实践证明,从根本上消除铝硅合金中的Fe,成本过高,效果也不明显;而通过加入中和元素来改变Fe在合金基体中的形态是最为直接也是最为有效的方式[4]。
所谓中和元素法是指在铸造Al-Si系合金中加入一定量的合金元素,从而促使合金中α-铁相的生长,同时改善针状铁相的相貌,使针状的β-铁相尽可能的转化为α-铁相,以此来改善合金基体的组织,从而提高Al-Si合金的力学性能[5]。
常用的中和元素有很多种,比如锰,铬,铍,钼,锶等等。
它们都能够不同程度的将对基体有害的β-铁相转化为对基体危害很小的α-铁相。
Mn在铝硅合金中是最为常见也是最为常用的中和元素,在Al-Si 合金中加入适量的Mn能够大幅度的减少β-Fe的数量与尺寸[5]。
究其原因,主要是Mn能与合金基体中的Al、Si、Fe等元素发生反应,生成金属间化合物,从而使得针状的β-Fe转变为对基体影响较小的α-Fe。
目前,锰铁比还没有一个确定的数值。
变形铝合金和铸造铝合金的分类和用途
变形铝合金和铸造铝合金的分类和用途在纯铝中加人合金元素，如硅、铜、镁、猛、铸、铬、钛、镍、锶、钴以及稀土元素等可配制成铝合金，改变其组织结构与性能，使之适宜制造各种铝合金制品，以满足各行各业的使用。
根据加工工艺的特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。
铸造招合金铸造铝合金是直接用铸造方法浇注或压铸成零件或毛坯的铝合金。
铸造铝合金（ZL)按成分中主要合金元素可分为铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系合金四类，代号编码分别为100、200、300、400.(1)铝硅系合金铝硅系合金也叫“硅铝明”或“矽铝明”，有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中是品种最多，用量最大的合金，含硅量在10%〜25%。
有时添加0.2%〜0.6%镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。
有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。
此类合金广泛用于制造活塞等部件，如ZL108、ZL109是我国目前常用的铸造铝活塞的材料。
铝铜铸造合金的强化相是θ(Al2Cu)，有较高的强度和热稳定性，是所有铸造铝合金中耐热性最高的一类合金。
随铜含量的增加，耐蚀性降低，铸造性能变差。
为了改善铸造性能，提高流动性，减少铸后热裂倾向，常加入一定量的硅。
含铜4.5%〜5.3%合金强化效果最佳，适当加人锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。
常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等，铝铜系合金主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。
(3)铝镁系合金它们是密度最小(2.55g/cm3)，强度最高（355MPa左右）的铸造铝合金，含镁12%，强化效果最佳。
但由于结晶温度范围宽，故流动性差，形成疏松趋向大、其铸造性能不如铝硅合金好，为改善铸造性能加人适量硅及微量钛等，合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，用于造船、食品及化学工业。
常用代号有ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Sil)等，用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用栗体等。