压铸铝合金熔炼过程中锶烧损的研究
摘要：采用直读光谱仪分别对HA1-H免热处理铝合金在熔炉、保温炉中锶含量在不同温度进行了对比分析,研究了锶元素在HA1-H铝合金熔炼过程中的烧损情况。结果表明,HA1-H铝合金中锶随温度升高烧损增加，在690℃以上由固态转化为熔融态后的前3H烧损最大，之后趋于平稳。Sr含量越高α-Al相晶粒越细化，相对应机械性能随之提升。
近年来随着一体化压铸在新能源汽车上的广泛应用，对材料的综合力学性能提出了更高的要求。高压铸造用的原材料多使用免热处理铝合金，其熔炼工艺及材料成分对于性能有非常重要的影响。研究表明，极微量Zr，Sr，Sc等元素的加入可以显著改变铝合金的形核和沉淀过程，不仅能控制晶粒结构，还可以消除合金中Fe，Si的有害影响，有利于改善该系合金的性能。Qin等研究了不同的Sr含量对Mg2Si/Al复合材料显微组织的影响，发现随着Sr含量的增加，初生Mg2Si的形貌由枝晶状依次向多边形、四边形转化，Sr的含量为0.1%~0.15%(质量分数，下同)时，合金组织中存在孪晶和细小晶粒。张福豹研究发现，向6013型铝合金中添加微量合金元素Sr，显著减少了合金中的粗大第二相，大幅提高了合金的塑性。有研究表明随着锶（Sr）元素含量增加,合金的抗拉强度和伸长率均呈现出先增后减的变化趋势。因此，在铝合金炼熔过程中控制锶的含量，能使合金材料的综合力学性能呈最佳状态。本文对Sr在熔炼过程中不同温度和时间的成分进行对比分析研究，为一体化压铸生产提供了理论依据。
1、试验材料和方法
1.1 试验材料
采用HA1-H免热处理铝合金，其主要成分见表1。
1.2 试验设备
熔炉、直读光谱仪、布氏硬度计、金相显微镜
1.3试验方法及过程
1）将铝锭投入熔炉内至完全熔化，炉温分别按照表2设定，除气除渣后静置30min后，取样并测量成分。
2)根据成分结果添加Sr调至上极限。
3）按照表2温度参数持续保温12H，每1小时取样测量成分一次。依次重复试验。
4）测量不同Sr元素含量成分样块对应的布氏硬度值。
2、试验结果
2.1 不同温度下Sr烧损
Sr的烧损随着温度的降低而减少，如图1，当温度为740℃保持12小时后Sr含量从0.029%降低至0.021%烧损率达25%，温度为670摄氏度保持12小时Sr含量从0.037%降低至0.035%烧损率仅为5.39%。
2.2 Sr随时间烧损变化
在690℃-740℃温度下，Sr元素在前3小时烧损率最高，平均烧损达到16%左右；
在670℃-680℃温度下，Sr元素烧损率保持低水平，前3小时平均烧损0.8%左右。
2.3 Sr元素含量和硬度相关性研究
为了研究Sr元素对压铸铝合金布氏硬度影响，图3为不同Sr元素含量对合金布氏硬度影响；在一定范围内，Sr元素含量和布氏硬度呈正相关。
3、合金金相显微组织分析
为了研究Sr元素对压铸铝合金内部组织变质结晶的影响，图4为不同Sr元素含量的金相照片表现。从金相显微组织照片中可以看出，随着Sr含量增加，Al-Si合金的晶粒尺寸减小，α-Al相更加细致圆滑，从而提升了材料的力学性能。
HA1-H铝合金中锶随温度升高烧损增加，在690℃以上由固态转化为熔融态后的前3H烧损最大，之后趋于平稳。
Sr变质的原理：AI-Si合金铸造后得到的组织是粗大的针状硅晶体和α固溶体的共晶组织，粗大的硅晶体极脆，严重地降低了合金的塑性和韧性。为改善合金的性能需采用变质处理，即在压铸前在合金液体中加入变质剂(常用铝锶合金),以细化合金组织，Sr元素属于表面活性剂，凝固过程中Sr能够包围在Si相表面，改变Si相形貌，使得Si颗粒圆润，提高合金的强度和塑性。
本文作者：吉利汽车极氪工厂唐姣、党战国、房冠群、卓可钱
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