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铝钛硼细化剂对铝合金压铸件局部收缩的影响

摘要

针对铝合金压铸件的铸造缺陷，试验了使用铝钛硼细化剂对铝液进行细化处理后的效果。结果发现，没有使用铝钛硼细化剂生产的压铸件，会在压铸件局部壁厚部位产生缩坑、缩裂或者内部出现缩松、缩孔等较明显的铸造缺陷，而使用了铝钛硼细化剂的铸件，无论外观缩坑、缩裂或者内部缩松、缩孔等缺陷均得到了明显的改善。经过对力学性能的测试，使用铝钛硼细化剂的铸件，在力学性能上明显优于没使用铝钛硼细化剂的压铸件。

随着压铸件的设计越来越复杂，对其品质的要求也越来越高，生产过程中，尽管采用了一些先进的工艺，比如利用模温机来保证模具温度的稳定，使用高压点冷机及局部挤压消除局部缩松，采用抽真空压铸减少压铸件内部气孔等措施，但是由于部分压铸件比较复杂，在要求比较严格的厚壁部位，通过以上措施无法全部解决其收缩热裂等铸造缺陷，导致压铸件废品率较高，给生产成本造成较大压力。

本课题通过铝合金液添加Al-Ti-B细化剂，对压铸铝合金液进行细化处理，改善铝液的内部组织，来减少其在凝固过程中的收缩，保证压铸件内部组织的致密性。经对添加Al-Ti-B细化剂前后对压铸件的金相组织、外观形态及力学性能进行对比，来验证其工艺的有效性和可行性。

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Al-Ti-B细化剂的添加工艺

1.1 AlSi9Cu3铝合金及Al-Ti-B细化剂化学成分

1.1.1 AlSi9Cu3铝合金的化学成分及力学性能

对于AlSi9Cu3铝合金的化学成分标准和检测实际值见表1，力学性能标准和实际检测值见表2。通过试验对比添加Al-Ti-B细化剂后，分析对原有化学成分及力学性能产生影响。

表1：AlSi9Cu3合金化学成分 wb/%

表2：AlSi9Cu3合金的力学性能

1.1.2 试验用Al-Ti-B细化剂化学成分

选择试验用Al-Ti-B细化剂为Al-5Ti-1B，其成分见表3，在A化学成分稳定一致情况下进行试验。

表3：Al-5Ti-1B丝化学成分 wb/%

1.2 Al-5Ti-1B细化剂的添加工艺要求

根据生产车间压铸现场熔化工艺，压铸工艺，以及Al-5Ti-1B丝对于温度的要求，添加工序及添加方式的有关条件进行统一，保证试验过程稳定，见表4。

表4：主要熔炼铸造工艺参数

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添加Al-Ti-B细化剂及保温时间对铝合金组织的影响

铝合金在金相下通常有3种晶粒形态，分别是柱状晶、等轴晶和细晶组织。柱状晶严重影响材料的强度和韧性，细小的等轴晶会降低热裂纹倾向，但粗大的等轴晶也会降低材料的力学性能。在铝合金压铸过程中，都会产生下脚料，下脚料都会作为回炉料按照一定的比例进行重熔后再次使用，在反复重熔的过程中，会造成铝合金液的质量下降，影响合金的力学性能。因此，通过添加Al-5Ti-1B细化剂，细化组织，改善铝液质量。通过添加Al-5Ti-1B细化剂后，铝合金液保温时间对其衰退效果的对比最终确定最佳的变质时间。

2.1 Al-5Ti-1B细化剂添加前后对比

对添加Al-Ti-B细化剂前后的铝合金液进行取样对比分析，见图1。可以看出，添加Al-5Ti-1B细化剂的试样内部组织比较细小，而未添加Al-Ti-B细化剂的晶粒相对比较粗大。而且随着添加量增加，晶粒尺寸进一步细化。

图1：Al-Ti-B细化剂加入前后铝合金的金相组织

2.2 保温时间对变质后铝合金晶粒尺寸的影响

图2：Al-Ti-B细化剂加入后保温时间对晶粒尺寸旳影响

对铝合金液添加Al-Ti-B细化剂后，对不同保温时间后的试样进行取样，打磨，腐蚀观察，见图2。可以看出，未添加Al-Ti-B的试样断裂面晶粒粗大，而添加Al-Ti-B细化剂后，随着保温时间延长，试样断面晶粒铸件粗化。

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Al-Ti-B细化剂对铸造缺陷局部收缩的影响

在铝合金压铸过程中，铸件的壁厚不是非常均匀，存在着壁厚差，在薄壁和厚壁的过渡位置，或者在厚壁位置往往会出现收缩孔及缩坑等缺陷。此次试验，结合在压铸现场的铸件缺陷，通过对压铸铝液添加Al-5Ti-1B细化剂，经过对铝合金液的内部组织细化后，看是否对铸件收缩孔及缩坑产生影响。

3.1 添加Al-Ti-B细化剂对产品外观缩坑及缩裂缺陷影响

图3：Al-Ti-B细化剂加入前后对铸件铸造缺陷的影响

图3为Al-5Ti-1B细化剂加入前后对铸件铸造缺陷旳影响。可以看出，未添加Al-5Ti-1B细化剂的铝合金液生产的铸件，出现明显因收缩而产生的凹坑及缩裂，而添加Al-5Ti-1B细化剂后的铝合金液，相同部位缩坑及缩裂缺陷消失,产品合格率大幅提升，见表5。

表5：Al-Ti-B细化剂添加前后产品合格率对比

3.2 添加Al-Ti-B细化剂对产品内部缩松、缩孔铸造缺陷的对比

图4：添加Al-Ti-B细化剂前后对铸件内部收缩缺陷的影响

通过对易产生缩孔的壁厚部位进行刨切的前后对比,见图4，可以看出未添加Al-5Ti-1B细化剂的铝合金液生产的铸件，缩孔明显；而添加Al-5Ti-1B细化剂的铝合金液生产的产品，缩孔明显得到改善（见表5）。

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添加Al-Ti-B细化剂后对铝合金力学性能的影响

表6：铝合金液添加Al-Ti-B细化剂前后对力学性能的变化

通过对铝合金液添加Al-Ti-B细化剂前后力学性能的对比数据,见表6，可以看出，添加Al-5Ti-1B细化剂的铝合金液生产的铸件，力学性能明显优于未添加Al-Ti-B细化剂的铝合计液生产的铸件。

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结论

（1）Al-5Ti-1B细化剂添加量为0.2 %~0.3 %，铝合金液温度控制在720~760 ℃，精炼除气时间为8-10分钟，对铝合金液进行充分搅拌。

（2）添加Al-Ti-B细化剂后，抗拉强度提升5 %~8 %，伸长率提升30 %~50 %，屈服强度提升8 %~10 %，硬度提升5 %~10 %。

（3）有效减少压铸件因壁厚不均导致的缩坑和缩孔等缺陷。

（4）经过添加Al-5Ti-1B细化剂后的铝合金液需在120min以内使用完毕为最佳，否则会导致Al-5Ti-1B合金中元素的沉淀，细化效果减弱。