《铸造A356.0铝合金铸锭组织分析》
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摘 要：通过成分分析,金相分析,扫描电镜分析等检测手段,对A356合金铸锭组织进行研究,发现该合金枝晶粗大,存在针状含铁相.通过对金相组织和含Fe相的分析,得到如下结论：（1）影响合金延伸率的主要因素是合金晶粒粗大,含Fe杂质相容易产生应力集中,成为裂纹源.（2）提升合金延伸率的主要途径有：细化晶粒,降低杂质Fe的不利影响.（3）添加适量的Mn,将Fe杂质相转变成块状或骨架状的复杂化合物,降低应力集中,减弱Fe的有害作用.
关键词：A356.0铝合金;铸锭组织;成分;杂质
中图分类号：TG146.21 文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2020）01-0114-02
Abstract： The microstructure of A356 alloy ingot was studied by means of composition analysis, metallographic analysis and scanning electron microscope analysis. It was found that the dendrite of A356 alloy was coarse and there was acicular iron phase. Through the analysis of the microstructure and the phase containing Fe, the conclusions are as follows： （1）The main factor affecting the elongation of the alloy is the coarse grain of the alloy, and the impurity phase containing Fe is easy to produce stress concentration and become the source of cracks. （2）The main ways to improve the elongation of the alloy are to refine the grains and reduce the adverse effects of impurity Fe. （3）The addition of appropriate amount of Mn, can tranorm the impurity phase of Fe into a block or skeleton-like complex compound, reduce the stress concentration and weaken the harmful effect of Fe.
Keywords： A356.0 aluminum alloy; ingot structure; composition; impurity
A356.0鑄造铝合金铸造时流动性好,无热裂倾向,线收缩小,气密性好,比重小,耐蚀性良好,易气焊等优点,广泛应用于商用车,轿车,摩托车等车型中.
关于A356.0铸造铝合金的生产工艺研究主要集中在稀土的添加[1],铸造工艺[2],Si相变质[3],热处理[4-5]等,对A356.0铝合金延伸率提升方面的研究较少,本文从铸锭组织角度,对A356.0铝合金进行研究,并提出一定的改进参考意见.
1 A356.0生产工艺及力学性能
A356.0合金采用低压铸造工艺,生产工艺为：熔炼（790℃～810℃）→加除渣剂、变质剂、细化剂→人工搅拌→吹氩气精炼→人工搅拌→静置→密度/成分检测→浇铸（670℃～720℃）.
成分分析在电感耦合等离子体发射光谱仪ICAP6300上进行.扫描电镜观察（SEM）在FEI Sirion200场发射扫描电镜上进行,扫描电镜工作电压为20kv.
表1为A356.0合金成分分析结果及名义成分对比.该合金成分分析结果显示合金主要合金元素Si,Mg含量,微量元素Ti,Mn,Zn等均在名义成分范围内,此外,Cu元素超标0.02%,Fe元素超标1倍以上（见表1中的Cu和Fe）.
2 A356.0铸锭微观组织观察
2.1 A356.0金相观察
图1为A356.0合金铸态的金相照片.可以看到,铸态合金晶粒呈典型的树枝状.大型枝晶的一次枝晶长度可达500μm以上.说明合金的晶粒十分粗大,不利于合金综合性能的提升.铸锭中存在少量小气孔.
2.2 A356.0扫描电镜观察
图2中的a,b为A356.0基体的扫描电镜照片,主要是研究Si相的形貌及含Fe相.可以看到,该合金中的Si相粒子主要呈椭圆形,没有明显的菱角.同时,发现合金中存在一些不规则第二相,经能谱测试,异常物相含有Fe元素,呈板条状.也有呈粒装的含Fe,Mn相.
3 分析讨论
A356.0合金是典型的铝硅合金,Si元素在合金中含量高达6.5-7.5（wt%）.影响性能的因素有合金晶粒形貌大小,杂质相的分布、形貌等.
3.1 晶粒组织的影响
通过对A356.0合金的铸锭进行金相分析,合金中粗大的晶粒影响了合金的机械性能,特别是延伸率.晶粒细化和共晶体的弥散分布都可以提高机械性能.因此,要想进一步提升A356.0合金的力学性能,就需要细化合金的晶粒.
3.2 含Fe元素的杂质相的影响
含Fe相存在两种形态,一种是针状（或片状）的β相（Al9Fe2Si2）,一种为粒状结构的α相（Al12Fe3Si）.片状结构的β相要比粒状结构α相破坏性大的多.含Fe、Mn的杂质相形貌与只含Fe的杂质相形貌对比,Mn能够让片状Fe杂质相转变成块状或骨架状的复杂化合物,降低应力集中,减弱Fe的有害作用,提升合金的机械性能.但是文中A356中Mn含量只有0.05%,所起作用非常有限.
4 结论
（1）影响合金延伸率的主要是因素是合金晶粒粗大,含Fe杂质相容易产生应力集中,成为裂纹源.
（2）提升合金延伸率的主要途径有：细化晶粒,降低杂质Fe的不利影响.
（3）添加适量的Mn,将Fe杂质相转变成块状或骨架状的复杂化合物,降低应力集中,减弱Fe的有害作用.
参考文献：
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铝合金引用文献:
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