Al-Si合金的应用

Al-Si合金是铸造铝合金中品种最多，用途最广的一类合金。在这类合金中Si是主要合金化元素,Si改善合金的流动性,降低热裂倾向,减少疏松,Si改善合金的流动性,降低热裂倾向,减少疏松,分为亚共晶铝硅合金、共晶铝硅合金和过共晶铝硅合金。随着硅量的增加,结晶温度区间变小,共晶体增加,流动性随之提高,虽然铸造性能获得改善,但组织中出现针状或片状的共晶Si,甚至出现粗大的多角形块状或板状初晶Si,严重地割裂了Al基体;在Si相的尖端和棱角处引起应力集中,容易沿晶粒边界处或板状Si本身开裂而形成裂纹,使合金变脆,力学性能特别是伸长率显著降低,切削加工性能也变差，硅的收缩率很小，合金的线收缩率也随之降低,热裂倾向相应减少;硅的结晶潜热大,直至20%Si处,流动性仍比共晶成分的合金高,含16%～18%Si处有流动性峰值。随硅量增加,铝硅二元合金的磨损量、腐蚀量、线膨胀系数、密度、电导率均直线下降。一合金牌号和化学成分国内外三类Al-Si系活塞合金的牌号和化学成分见表1。据资料报道:发达国家普遍以钛作为细化合金元素,尤其是铸造铝合金中,几乎全部进行钛合金化处理。在变形铝合金中,美国近250多种牌号有70%要求或允许含有适量的钛(大部分要求≤0.15%Ti)。电解法生产低钛铝合金具有成本低、工艺简便、晶粒细化、性能提高幅度大等优点,为提高我国铝合金的质量和性能提供了新的加钛工艺和方法。用电解法制备的低钛铝合金所配制的几种铸造铝合金如A356、ZL108、ZL111等具有晶粒细小,合金的强度、韧性、耐磨性、抗疲劳性能及热稳定性等均有所提高。由于电解法生产低钛铝合金基本不需要改变电解设备及工艺,生产成本基本不增加,实现了电解铝硅活塞合金加钛提供了便利,在我国具有广泛应用前景。二提高合金综合性能的途径为了既保持铝硅合金的固有优点,又使力学性能有大幅度的提高,应用更广泛,近几十年来,世界各国铸造工作者研究并采用了不少行之有效的措施。2.1Al-Si合金的细化处理Al-Si合金的细化包括初晶α固溶体、共晶体和初晶Si三个部分的细化。为了细化铝固溶体晶粒,通常是在合金中添加少量晶粒细化剂,如Ti、Zr、B等。这些元素在铝合金中形成Al3Ti、Al3Zr、TiB2等高熔点化合物,它们的结晶比铝固溶体晶粒早,尺寸细小而又弥散分布,具有与铝相同的晶格类型和相近的晶格常数,或具有共格对应晶面,可作为铝固溶体的结晶核心,使铝固溶体晶粒细化。2.2Al-Si合金的变质处理对于含Si量较高（6%～8%Si)的Al-Si合金,影响合金组织性能的主要因素是（α+Si)共晶体和初晶Si。如果不经变质处理,单靠加入细化α固溶体的元素来改善共晶体（α+Si)的形状和粒度,往往收效甚微。所以对Al-Si类共晶型和过宫颈性合金,应强调共晶体（α+Si)的变质处理,又要对初晶Si进行细化处理。目前常用变质剂种类及效果见表2。2.3较少合金中的有害杂质Fe是Al-Si合金中的主要杂质，它主要来自炉料、坩埚和熔炼工具。在铸造Al-Si合金中，Fe常