过共晶铝硅合金铸锭初晶硅偏析原因分析

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铝硅合金压铸常见问题分析

A. 铝合金锭浇铸时,铝液一定要过滤;
B. 用户在压铸生产过程中, 每一坩锅铝液需在浇到一定剩余量时清理锅底沉淀物及清理坩锅, 不允许在浇注过程中不断加入浇冒口、废铸件、飞边铝屑,使锅底沉淀物越积越多,最后形成呈浆糊状铝液。
C. 与生、熟原料配比比例有密切关系。
3
现象
铝液沉底物多, 呈浆糊状
原因
沉淀物已反复沉积,铝液内沉淀料太多,沉淀物合金成份发生混乱,Fe、Mn成份常超过2%以上，锰(Mn)与铁(Fe)形成(Fe.Mn)AL6 化合物。
原因
A.用户在合金精炼时除气不彻底, 模具排气溢流槽分布须合理；
B.压铸时填充速度过快。
18
现象
铸件断面有大量孔隙, 有时有大空洞,学术名称为“缩孔”
原因
A.铝合金锭熔炼温度偏高；
B.比压太低；
C.溢流槽容量太小, 溢口偏薄；
D.铸件壁厚不均匀, 有热节；
E.冒口太小;
F.压铸时铝液容量不充足。
19
C.铸造斜度放得太小；
D.顶杆位置布置不当；
E.清除浇口方法不当等。
22
现象
铸件有硬点,有时是黑色颗粒,有时是发亮晶体,精加工时打刀
原因
与沉淀物有密切联系, 解决方法参照题2、题3
23
现象
铸件喷砂处理时表面会翘皮
原因
A.铸件硬度与喷砂机拋头转速不匹配,转速太急、太猛；
B.铸件内部有气孔、缩松, 铸件体各处软硬不一致。
7
现象
铸造时, 活塞成品靠近冒口处有大量孔隙发生
原因
此乃铸造工艺、模具设计不当造成。对于活塞铸造工艺，早已形成一套完整的设计(JINGREN 法), 即鹅颈式浇口系统。根据活塞直径大小、壁厚, 按一侧或两侧,设单个或两个冒口(侧冒口)。有的生产厂家为节约铝液,只设计小浇口及小冒口, 从而形成冒口过小, 补缩不良, 产生孔隙。

？上大《ActaMater》搞清楚了！铝硅合金晶粒难以细化的根源

上大《ActaMater》搞清楚了！铝硅合金晶粒难以细化的根源导读：细晶强化可同时提高合金强度和塑性，铸铝行业通过添加细化剂来提高铸件的品质和性能已成为常规工序。

然而，传统Al-5Ti-B细化剂易被硅元素毒化，使铸造Al-Si合金难以被有效细化，这是铸铝行业的老难题。

本文采用多尺度（Å~mm）的表征及计算手段，详细研究了Al-10Si/Al-5Ti-B铸锭中形核质点与铝基体间的界面特征，考察了凝固过程中细化相组成的演变规律，提出了与传统认识不同的新机理，即硅毒化的根源是溶质Si向TiB2颗粒表层的偏聚，并非硅化物的析出与包覆。

这为解决Al-Si合金细化难的工程问题奠定了理论基础。

Al-Si系合金是种类最多、使用量最大的一类铸造铝合金，被广泛用于制造汽车车身薄壁件、发动机部件、传动系统部件、复杂外形的散热器、油路管道等。

然而，若不做任何处理，Al-Si合金中粗大的α-Al树枝晶及大量脆性Al-Si共晶组织会极大削弱合金的强度与塑性。

通过添加含有形核质点的细化剂合金来调控凝固过程中α-Al的形核与长大，细化凝固组织来提高材料强度和塑性，已成为铸铝工业中的常规工序。

然而，Al-Si系合金至今仍是一类较难被细化的铝合金。

当Si浓度大于5 wt.%时，传统Al-Ti-B细化剂的细晶效能被显著削弱，该现象为硅毒化效应（Si poisoning effect）。

60多年来，人们始终未能弄清硅毒化效应的发生根源和机理，极大制约了新型抗毒化铝硅合金细晶剂的开发，限制了铸造铝硅合金强度和塑性的进一步提升。

上海大学李谦教授团队与通用汽车中国研究院胡斌博士、燕山大学聂安民教授合作，采用球差透射电镜表征Al-10Si/Al-5Ti-B铸锭中形核质点（TiB2）和α-Al间界面的原子结构与元素分布，首次发现了Si原子在TiB2/α-Al界面的偏聚现象。

结合相图热力学计算（CALPHAD）、第一性原理计算，详细评估了形核界面处硅化物形成的可能性，并深入考察了Si偏聚对形核基底原子有序性及α-Al外延形核难易程度的影响。

过共晶Al-Si合金中球团状初生Si的形成机理

过共晶Al-Si合金中球团状初生Si的形成机理
董光明;廖恒成;孙国雄
【期刊名称】《特种铸造及有色合金》
【年(卷),期】2009(0)5
【摘要】根据杂质原子诱发共生的成对孪晶理论,变质剂原子在Si晶体内诱发的共生成对孪晶大大降低了初生Si生长时的各向异性,使得变质后的过共晶Al-Si合金中的初生Si最终生长为球团状。

Na原子吸附在共生成对孪晶间的晶格紊乱区——亚晶界,形成了初生Si内部的富Na带。

亚晶界对初生Si强度的消弱、富Na带对亚晶界强度的进一步降低、以及α(Al)、Si二相间热膨胀系数的差异造成的热应力是初生Si开裂的原因。

球团状初生Si内部的裂纹是在合金凝固结束后的固态收缩阶段形成的。

【总页数】3页(P412-414)
【关键词】过共晶Al-Si合金;球团状初生Si;共生成对孪晶
【作者】董光明;廖恒成;孙国雄
【作者单位】中国矿业大学机电工程学院;东南大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.21
【相关文献】
1.Mg含量对过共晶Al-Si合金中初生Mg2Si相的影响 [J], 黄治黎;王开;张志明;李波;薛寒松;杨大壮
2.铸态亚共晶Al-Si合金中初生硅的生长机制 [J], 王守仁;马茹;王英姿;王勇;杨丽颖
3.Al-Si过共晶合金中初生硅的溶解动力学 [J], 张蓉;曹秋芳;庞述先;刘林
4.Mg含量对过共晶Al-Si合金中初生Mg_2Si相的影响 [J], 黄治黎;王开;张志明;李波;薛寒松;杨大壮;
5.铸态亚共晶Al-Si合金中初生硅的生长机制（英文） [J], 王守仁;马茹;王英姿;王勇;杨丽颖
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铝合金铸锭主要缺陷特征、形成原因及防止、补救方法

铝合金铸锭主要缺陷特征、形成原因及防止、补救方法1、化学成份不合格▲缺陷特征及发现方法最终分析结果主要合金元素或杂质含量超标●形成原因1、配料中宜烧损元素取值不合适或计算有误；2、中间合金不符合标准；3、清炉、洗炉不彻底残留有上炉的铝合金及杂质；4、不同合金料相混；5、加镁后停留时间过长，并且无覆盖剂保护、使合金液氧化烧损严重；6、没有彻底搅拌，成分不均匀，导致取样不能反应出真实情况；7、炉前分析不正确。

★防止办法及补救措施1、在配料中，易烧损元素取技术标准上限或经验烧损值的上限，并经过仔细校对，；2、选用符合标准的成分分析值准确的中间合金配料；3、转炉前彻底清炉、洗炉，清洗浇包及工具；4、检查和鉴定炉前分析仪表是否有故障，如有故障，应送有关计量部门或出产厂家或其他维修站修复鉴定；5、严禁加镁后停留时间超过十分钟，并用保护性覆盖剂；6、按分析化验取样技术要求规定取样，取样前要充分搅拌合金液；7、严禁使用混装的废料和不明成份的炉料。

2、气孔▲缺陷特征及发现方法铸锭表面或内部出现的大或小的孔洞，形状比较规则；有分散的和比较集中的两类；在对铸锭作外观检查或机械加工后可发现。

●形成原因1、炉料带水气，使熔炉内水蒸气浓度增加；2、熔炉大、中修后未烘干或烘干不透；3、合金液没有覆盖保护或过热；4、熔炉、浇包工具等未烘干；5、浇注时合金液流动不连续平稳、产生涡流，卷入了气体；6、合金液精去气不充分；7、煤、煤气及油中的含水量超标。

★防止办法及补救措施1、严禁把带有水气的炉料装入炉中，装炉前要在400度左右温度下烘烤2H；2、严格按工艺对大修、中修后的炉子进行烘烤；3、熔化前按工艺要求对熔炉、浇注工具、熔剂等进行烘烧，然后才可使用；4、选用合适的精炼方法和效果好的精炼剂充分精炼合金液，精炼后加覆盖剂保护。

如果精炼后静置时间超过6H，则要进行二次精炼方可浇注或使用；5、控制浇注时液流连续均匀地浇注，未注完锭模不要中断；6、使用含水量符合要求的煤或煤气、油等燃料熔化合金液。

降低Al-Si-Mg铸造铝合金Si偏析的措施

模水平铸造一自然冷却。连续７天对常规法生产Ａ一ｉ１ — ＳＭｇ合金进行Ｓｉ偏析分析。在合金锭长度方向１３处切取样片，／每个样片的断面上按相同位置取五个点用直读光谱仪进行分析，结果表明Ｓ偏一般在０４ｉ．％～０５．％。
中图分类号：（１６２Ｔ｝４．１文献标识码：Ａ文章编号：０７５５２０）２—０４１０ —７４（０６００５～０３
ＭｅｓｒｍｅｏＲｅｕｅＳｅｒｇｔｏｎＡＩＳ－ｇＣａｔｎｌｙａｕｅｎｔｔｄｃｉＳｇｅａｉｎｉ－ｉＭｓｉｇＡｌｏ－
ｍｅｓｒｍｅｔｔｅｕｅＳｅｒｇｔｎｉ一ｉＭｇｃｓｉｇａｌｙａｅｐｅｅｔｄ．ａｕｅｎｓｏｒｄｃｉｇｅａｉｎＡ１ — ａｔｌｒｒｓｎｅｓｏＳｎｏ
Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：Ａ１Ｓ — ｇａｌｙ；ｉｓｇｒｇｔｏＥｌｃｒＩａｎｅｉｔｒｉｇ；ａｅ —ｏｏｉｇｃｓ一ｉＭｌｏＳｅｅａｉｎ；ｅｔｏｎｇｔｃｓｉｒｎＷｔｒｃｌａｔｎ
２电磁搅拌对Ｓ偏析的影响ｉ
常规工艺采用人工搅拌，当熔炉容量不大（２＜１
ｔ时，）缺点不太明显，熔炉容量较大（－２ｔ时，但／＞１）人工搅拌的缺点就显现出来：１人工搅拌劳动强度（）大，为因素直接影响搅拌效果，出现搅拌不均人会

合金铸造过程偏析分析

1．解释下列名词：合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。

答：合金：通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。

组元：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。

相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相。

相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图。

固溶体：合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的相同，这种相称为固溶体。

金属间化合物：合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相，称为金属间化合物。

它的晶体结构不同于任一组元，用分子式来表示其组成。

机械混合物：合金的组织由不同的相以不同的比例机械的混合在一起，称机械混合物。

枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。

比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。

如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致，产生比重偏析。

固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。

弥散强化：合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布，会提高合金的强度、硬度及耐磨性，这种强化方式为弥散强化。

2．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；答：置换固溶体：溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成的固溶体称置换固溶体。

间隙固溶体：溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体，即间隙固溶体。

2）相组成物与组织组成物；相组成物：合金的基本组成相。

组织组成物：合金显微组织中的独立组成部分。

铝合金偏析

铝合金偏析铝合金偏析是指在铝合金中，铝中的成分分布不均匀现象。

铝合金是一种重要的结构材料，具有轻、强、耐蚀、导热性好等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。

然而，铝合金的偏析现象对其性能和应用带来了严重的影响。

铝合金偏析可分为成分偏析和析出相偏析两种情况。

成分偏析是指合金中某些元素在凝固过程中的分布不均匀，导致合金中的成分含量出现变化。

析出相偏析是指在合金中形成的析出相在凝固过程中分布不均匀，造成合金组织的不均匀性。

成分偏析主要涉及合金中的铜、锌等元素。

在铝合金中，这些元素的偏析现象会导致合金中的晶粒和晶界的成分差异。

具体来说，凝固过程中，铜、锌等元素由于各种原因（比如固溶度、表面张力等）倾向于富集在晶粒边界，使晶粒边界的成分含量高于晶粒内部。

这种成分偏析严重影响了铝合金的综合性能。

首先是力学性能方面，晶粒边界富裕的铜、锌会降低合金的延展性和韧性，使其易于出现脆断现象；其次，成分偏析还会导致晶界腐蚀和晶界腐蚀裂纹的产生，并加剧合金的腐蚀敏感性。

析出相偏析主要涉及合金中形成的各种化合物或表面沉淀物。

在凝固过程中，某些金属元素对应的析出相在合金中的分布会出现不均匀的现象。

例如，在含硅铝合金中，硅存在于合金中的形式是硅铝化合物。

这种硅铝化合物大多以颗粒状或板状的形式分布在铝合金中，而且在凝固过程中这些硅铝化合物往往倾向于集中在一些特定位置，导致该区域的硅含量大大超过平均值。

这种硅含量的偏高会影响铝合金的力学性能和耐腐蚀性能。

此外，其他一些金属元素也可能在固溶度不同的情况下形成不均匀的析出相，进而对铝合金的性能产生影响。

铝合金偏析的产生原因涉及多个方面。

首先是凝固速度的不同。

凝固速度快的区域，由于晶体生长速度较快，成分偏析程度较低。

而凝固速度慢的区域，相对来说晶体生长速度较慢，成分偏析程度较高。

其次，合金中各元素的固溶度差异也是造成成分偏析的重要原因。

合金中比较难溶解的元素往往在凝固过程中首先析出，并富集在晶粒边界上。

《挤压铸造条件下过共晶Al-Si合金凝固组织及性能调控研究》

《挤压铸造条件下过共晶Al-Si合金凝固组织及性能调控研究》一、引言挤压铸造作为一种重要的金属成形工艺，对于合金材料的性能提升具有重要意义。

在过共晶Al-Si合金中，由于硅相与铝基体的共晶反应，其凝固组织与性能调控显得尤为关键。

本文以挤压铸造条件下的过共晶Al-Si合金为研究对象，探讨其凝固组织的形成过程及其性能的调控方法。

二、材料与方法1. 材料准备实验选用的Al-Si合金为过共晶成分，主要原料包括纯铝、纯硅及其他合金元素。

按照一定比例混合后，进行熔炼和精炼处理，以获得纯净的合金液。

2. 挤压铸造工艺挤压铸造过程中，采用模具对合金液施加一定的压力，使其在模具内快速凝固。

实验中，通过调整压力、温度等参数，探究不同工艺条件对合金凝固组织及性能的影响。

3. 性能测试与组织观察采用金相显微镜、扫描电子显微镜等设备对合金的凝固组织进行观察。

同时，通过硬度计、拉伸试验机等设备对合金的力学性能进行测试。

三、实验结果与分析1. 凝固组织观察在挤压铸造条件下，过共晶Al-Si合金的凝固组织主要由初生硅相、共晶硅相及铝基体组成。

随着压力的增加，初生硅相的尺寸逐渐减小，共晶硅相的分布更加均匀。

此外，合金中还可能存在一定量的杂质相和孔洞等缺陷。

2. 性能调控方法（1）合金成分调控：通过调整Al-Si合金中的Si含量及其他合金元素的比例，可以改变凝固组织的形态和性能。

例如，增加Si含量可以提高合金的硬度，但过多会导致脆性增加。

（2）挤压铸造工艺优化：调整挤压铸造过程中的压力、温度等参数，可以影响合金的凝固过程和性能。

适当的压力可以促进合金的致密化，提高力学性能；而温度则影响合金的流动性及凝固速率。

（3）热处理工艺：对挤压铸造后的合金进行适当的热处理，如退火、淬火等，可以消除内应力、改善组织结构、提高性能。

四、结论本文研究了挤压铸造条件下过共晶Al-Si合金的凝固组织及性能调控方法。

实验结果表明，通过调整合金成分、优化挤压铸造工艺及采用热处理工艺，可以有效地改善合金的凝固组织及性能。

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作者简介：李彦霞（１９７９一），女，河南南阳人，硕士，主要从事有
色金属及其精确成形等方面的研究。
有色金属工程２ｏ１４年第４卷第５期２３
元素
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过共晶铝硅合金由于其轻质、高强、高耐磨、高耐热及较低的热膨胀性在航空航天、汽车制造、摩托车等行
业中获得越来越广泛的应用。以往的研究者对铝硅合金初晶硅和初晶 — Ａ１、共晶硅的形态大小和分布进行较
蠢ｌ罨Ｉｔ｜鼍一
１．２试验过程
沿铸锭不同位置取样进行金相分析，并对其断口进行扫描电镜观察和能谱分析。试样经研磨、抛光处理后，用体积分数为Ｏ．５％的氢氟酸溶液腐蚀，采用ＬａｉｋａＤＭＩ５０００Ｍ型金相显微镜观察显微组织。断口观察和能谱分析在ＦＥＩＱｕａｎＴａ２００扫描电镜上进行。
的关键因素。由图１（ａ）、图１（ｃ）和图ｌ（ｅ）可见，试样中均存在粗大块状初晶硅组织，初晶硅有区域偏析，三个试样中
收稿日期：２０ｌ４一Ｏ４．２４
２试验结果与分析
２．１显微组织分析
图１为试样不同位置的显微组织。根据Ａｌ — Ｓｉ合金相
关键词：金属材料；过共晶铝硅合金；铸锭；初晶硅偏析中图分类号：ＴＧ１４６．２１；ＴＧ１１３．１２文献标志码：Ａ文章编号：２０９５ — １７４４（２０１４）０５ — ００２３ — ０３
１实验方法
１．１合金铸锭化学成分
试验所用合金样品为国内某公司提供的铝硅合金铸
多的理论研究，但从工艺角度对初晶硅偏析的研究比较少见。采用化学成分分析、金相组织分析、扫描电镜断口观察等方法分析某过共晶铝硅合金铸锭的初晶硅偏析
是不均匀分布的灰色初晶硅和（一ＡＩ＋Ｓｉ）共晶组织。根据成分分析，合金还含有少量ＭｇＳｉ、Ａ１Ｃｕ、Ａ１Ｎｉ等第二相。有研究表明，初晶硅的尺寸和分布是影响合金性能
原因。
锭试样，成分如表ｌ所示，其中镍、镉、铅、锡元素含量少且三个试样差别不大，故未列入表１。试样３的铁杂质含
量高，是试样１的１．３７倍。试样采用碱土元素钙和碱金属元素钠变质。
表１合金的化学成分
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ｄｏｉ：１０．３９６９８．ｉｓｓｎ．２０９５ — １７４４．２０１４．０５．００３
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过共晶铝硅合金铸锭初晶硅偏析原因分析
函李彦霞蔡菊张兴华广东白云学院广州５１０４５０
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摘要：采用化学成分分析、金相组织分析、扫描电镜断口观察等方法分析某过共晶铝硅合金铸锭的初晶硅偏析原因。结果表明，铝锭中存在分布不均匀的初晶硅，尺寸达到１００ｍ，材料的含氢量及氧化膜含量较高，铝锭中孔洞和疏松缺陷较多，应优化熔炼过程的保护和除气工序，熔体冷却速度较低及过热温度过高或保温时间较长，是初晶硅偏析的原因。
图，过共晶铝合金主要发生Ｌ一ＳｉＰ一（ＳｉＥ＋ａ（Ａ１））＋ＳｉＰ反
应，过共晶高硅铝合金主要组织特征为ｄ．Ａ１、初晶硅和共晶组织ｆ — Ａｌ＋Ｓｉ）。由图１可见，该合金组织中明显可见的