A356铝合金具有密度小､成形性能和耐蚀性能优异等特点,在汽车轻量化领域具有重要的应用价值｡由于铝熔体具有吸氢特性,在熔炼和铸造生产过程中易与空气中的水汽反应,使熔体氢含量增加｡氢在液态铝中的溶解度约为其在固态铝中的19.1 倍,凝固过程中多余的氢会以气体形式析出形成针孔､气孔等缺陷,致使铸件表面粗糙度增加,铸造性能和使用性能变差｡因此,为获得高品质的铝合金铸件,必须对铝熔体中的氢含量加以严格控制｡

目前关于铝熔体氢含量控制的研究主要集中在除气精炼工艺上,主要包括气体吹洗､旋转喷吹除气､真空除气和超声除气等,其中应用最广泛的是旋转喷吹除气工艺｡国内外在熔体净化除气方面出现了许多新技术,如RID 法､Alpur法和RDU 法等工艺,大大提升了熔体除气效率,可以将铝熔体中的氢含量降至0.10mL/(100gAl)以下｡然而,相较于已有大量研究的除气工艺,对于除气精炼后续工艺环节中铝熔体的吸氢行为关注较少,尤其是针对工厂实际生产过程中多因素影响下铝熔体的吸氢行为报道很少｡

北京航空航天大学宁波创新研究院张花蕊副教授等在2022年第42卷第11期《特种铸造及有色合金》期刊上发表了题为“低压铸造A356铝合金熔体氢含量及其对铸件针孔影响”的文章｡文章分析了A356铝合金熔体在静置､转运以及铸造环节中的氢含量变化,探究了空气绝对含水量､压缩空气露点温度､Sr含量等因素对铝熔体吸氢的影响,分析了不同熔体氢含量下的铸件针孔缺陷｡结果表明,转运环节是吸氢相对严重的环节,空气绝对含水量和Sr含量是影响熔体吸氢的主要因素｡在不同氢含量条件下,铸件中同时包含点状针孔和在枝晶间分布的网状针孔,孔隙率随熔体氢含量的升高而增加｡在保证变质效果的前提下,降低Sr添加量有利于降低熔体氢含量,减少铸件中针孔的产生｡

【试验材料及方案】

原材料主要包括A356 铝合金(成分见表1)､Al-5Ti-1B细化剂､Al-10Sr变质剂､固体精炼剂(主要成分为KCl､NaCl)以及高纯氮气(纯度≥99.99%)｡

将A356铝锭熔化后转入转运包中进行除气精炼(精炼剂+旋转喷吹氮气)以及细化和变质处理;熔体处理完成后,扒渣静置一定时间,随后将铝熔体由转运包注入低压铸造机保温炉中｡根据实际生产节拍要求,每2h转运1次,每次注入时间为30s｡同时向保温炉中通入压缩空气,铝熔体在压力作用下自下而上进入型腔,最终冷却凝固形成铸件｡分别在除气精炼完成后的静置､转运和低压铸造环节进行铝熔体取样分析,并记录下每次取样时的空气绝对含水量､Sr含量以及通入保温炉中压缩空气的露点温度等参数｡

铝熔体氢含量采用减压凝固法测量,具体步骤为:将盛有铝熔体的坩埚放入减压凝固测氢仪的真空室中进行减压,完成后分别将试样在空气和水中称重,计算减压凝固后的试样密度。

采用直读光谱仪(ARLeasySpark1160)高频电感耦合等离子体光谱法测定铝熔体中Sr含量｡采用金相显微镜观察铸件的显微组织,通过标准金相技术制备试样,使用100号至3000 号耐水砂纸将试样表面打磨抛光至镜面,在无腐蚀状态下进行金相组织观察｡采用ImageJ软件计算铸件针孔率以及针孔平均孔径,每个试样随机截取不少于10张金相照片用于统计｡

【图文结果】

图1 静置环节中不同空气绝对含水量条件下铝熔体中氢含量的变化

图2 静置环节中不同Sr含量条件下铝熔体氢含量的变化

图3 转运环节中不同空气绝对含水量条件下铝熔体氢含量的变化

图4 转运环节中不同Sr含量条件下铝熔体氢含量的变化

(a)12∶00~24∶00时间段

(b)0∶00~12∶00时间段

图5 铸造环节中压缩空气露点温度对熔体氢含量的影响

(a)0.15mL/(100gAl),低倍

(b)0.15mL/(100gAl),高倍

(c)0.26mL/(100gAl),低倍

(d)0.26mL/(100gAl),高倍

(e)0.52mL/(100gAl),低倍

(f)0.52mL/(100gAl),高倍

(g)0.70mL/(100gAl),低倍

(h)0.70mL/(100gAl),高倍

(i)0.76mL/(100gAl),低倍

(j)0.76mL/(100gAl),高倍

当空气绝对含水量为(17.21±2.26)g/m3,Sr含量为0.01% 时,转运环节中铝熔体氢含量由0.15mL/(100gAl)增至0.76mL/(100gAl),升高了4.07倍｡铝熔体在转运过程中能充分与空气接触是造成吸氢的前提,较高的空气绝对含水量和熔体Sr含量是导致熔体大量吸氢的主要原因｡在保证变质效果的前提下,适当降低Sr添加量有利于降低铝熔体氢含量｡

铸件中主要存在点状和网状两类针孔,针孔率和平均孔径整体上随着熔体氢含量的增加而增大｡当熔体氢含量由0.15mL/(100gAl)增至0.76mL/(100gAl)时,针孔率由0.68% 升高至2.48%,平均孔径由60μm 升高至100μm 左右｡

本文引用格式：

张花蕊,马晗雨,杜明,等.低压铸造A356铝合金熔体氢含量及其对铸件针孔影响[J].特种铸造及有色合金,2022,42(11):1 321-1 325.

ZHANG H R,MA H Y,DU M,et al.Hydrogen content of low pressure casting A356 aluminum alloy melt and its influence on pinhole sin castings[J].Special Casting & Nonferrous Alloys,2022,42(11):1 321-1 325.