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【摘要】：铝合金的熔炼对铝材的功用和最终运用发生很大的影响。因而，熔炼是对金相组织和性能起很大的作用。本文讲述了铝合金的熔炼工艺，浇注温度、变质处理等熔炼参数对铝合金组织和力学性能的影响。
【关键词】：铝合金熔炼；变质处理
一、合金熔炼工艺
熔炼前需将硅粒和铝块等金属表面的油污和氧化膜清除，用砂纸打磨，清除完后擦干，对坩埚及在实验过程中与金属液接触的工具进行刷涂料并烘干预热。在进行浇注前，需要扒渣清理干净。
首先备料和装料，将按80%Al-20%Si称好的铝块和硅粒同时加入中频感应炉的坩埚中。加料时各种物料必须进行烘干去除水份及物料表面的氧化物，以防在加料时水份和氧化物与金属液接触引起爆炸或喷溅，造成危害事故。当坩埚被加热到暗红色的时候，先将回炉料放置于坩埚底部，然后再加入结晶硅，最后在将纯铝锭压在结晶硅的上方，如图所示。
装料示意图
图示加料方法比使用低温加硅法更好。低温加硅法是在铝的凝固点附近呈糊状时加入经预热的硅，但铝液表面的氧化膜被硅破坏，增加了铝的烧损，且硅本身易被氧化，在硅表面形成组织致密、熔点高达1713℃的氧化膜，使硅原子无法向铝液扩散，硅的熔化速度降低，使合金的熔化时间加长，浪费能源。而一次性熔炼法的加硅方法，能补偿低温加硅法，因为熔点低的回炉料先熔化，结晶硅和纯铝锭受到重力的作用，顺利地浸入已熔化的铝液中，使铝液表面的氧化膜不被破坏，该膜仍能发挥覆盖作用，因而使硅不被氧化，加快了硅原子在铝液中的扩散溶解速度，使熔炼时间变短，合金的氧化变少。
其次，升温和测温：温度必须控制在750—800℃之间，严格控制温度，降温时要强烈搅拌成为糊状，可加硅粒，加硅粒时一定要边加边搅拌，逐渐加入，一直到加完一炉的硅粒，使硅粒在体系内均匀地分布，在加硅时，不能升温。
之后进行变质处理和浇注，在760～800℃的变质温度中，加入炉料质量的1%，变质时间为15min；扒渣之后，选择760℃、780℃和800℃三个浇注温度将熔体倒入准备好的砂模中，等到完全凝固后，进行脱模。最后制样和观察不同浇注温度和变质处理后的铸态组织特征。
二、影响熔炼的因素
1、结晶硅粒度
粒度过大，减少了结晶硅与铝液的接触面积，使硅的溶解和扩散速度减慢，熔炼时间加长，不仅浪费燃料，还容易吸气，导致铝液质量恶化。粒度太小，则容易被氧化渣卷入浪费掉。因为体硅比重2.33，熔点1430Co，7000c而铝液比重2.37。加上液体铝的表面张力作用，在熔炼过程中硅块始终飘浮在铝液的表面上。当熔炼温度比硅的熔点低时，硅进入铝中的方式只能是溶解，而不是熔化后与铝混合成为合金的。硅只能在硅与铝液的接触面上进行溶解，因此在铝-硅界面形成的局部硅的高浓度区域，在熔炼过程中通过扩散作用中（主要靠搅拌），使高浓度区逐渐降低，才能使硅继续溶解。溶解速率与硅块的质量有关，大块溶解得慢，小块溶解得快，但比较细小的粉粒易被氧化。
2、熔炼温度
熔炼温度对初晶硅的尺寸有较大的影响，在铝液没变质前，我们分别在760、780和800℃浇注试块，结果表明，温度不断升高，初晶硅晶粒由大变小，在800℃时，初晶硅以细小颗粒均匀地分布在基体中。因为，随着温度升高硅原子的扩散更充分。
3、凝固冷却速度
金属液在凝固时，提高冷却速度可以使金属液获得较大的过冷度，增加形核速率，可获得较细小的晶粒。影响冷却速度的因素主要有浇注温度：提高浇注温度，并且把型腔加热到较高温度，降低了温差，减小了冷却速度，可使晶粒稍微粗化。
4、变质处理
稀土变质使针片状的共晶硅细化成粒状或短杆状，而且还使初晶硅的粒度减少，此外稀土在铝液中可以形成含稀土的金属间化合物，在熔体结晶时作为外来的结晶晶核，使合金的组织细化。
三、实验结果及分析
变质处理，800℃（×100）变质处理，780℃（×100）变质处理，760℃（×100）
未变质处理，800℃（×100）未变质处理，780℃（×100）未变质处理，760℃（×100）
进行熔炼过程中，温度越高，硬度值也越大。未加入变质剂的合金硬度值比变质的硬度值低。稀土变质不仅使初晶硅的粒度稍有减少，而且还使针片状的共晶硅细化成短杆状或粒状。温度升高过程中，初晶硅晶粒由大变小，800℃时，初晶硅以细小颗粒在基体中均匀地分布，这是因为，温度升高使硅原子的扩散更充分。
四、结论
据上述分析，低温熔炼能有效地防止硅的氧化。（Al一Si）被固体层中的硅粒所包围，硅与氧气隔绝； 固体层的覆盖保护了在凝固层和液体层中的硅粒，使其无法与空气中的氧接触，防止了氧化。应把增锅底部的浇冒口旧料熔化形成溶池，使结晶块在上层炉料的浸入熔池被铝液包裹，不能上浮，这样有效地防止了结晶硅的氧化，保护了铝液氧化膜，使硅在合金中分散均匀，提高了合金的性能。
试验表明，未经变质处理时的合金，如上图所示，显微组织中初晶硅呈骨骼状或大片状，共晶硅呈粗条状成分布不均匀的堆密集、固溶体枝晶较粗大。变质处理后共晶硅呈细短条或点状弥散分布，达到了初晶硅和共晶组织双重细化的目的。
参考文献：
[1]刘阳.采用一次冶金法熔炼铝硅合金.1999（11）：49.
[2]乐秀伟.过共晶铝硅合金的熔炼及变质处理[J].北京理工大学学报.1995（01）： 62.
[3]李怀仁.中频感应炉生产铝硅铁的试验[J].云南冶金.1996（03）：34-35.
[4]杜科选.低温熔炼铝硅合金[J].轻金属，1991（10）：63.
[5]蒋生标.直接加硅法熔煉过共晶铝硅活塞合金[J].摩托车技术.1994（05）：17.
[6]王耐艳.工程材料综合实验学生主体作用的发挥[J].浙江理工大学学报，2011（06）.
【关键词】：铝合金熔炼；变质处理
一、合金熔炼工艺
熔炼前需将硅粒和铝块等金属表面的油污和氧化膜清除，用砂纸打磨，清除完后擦干，对坩埚及在实验过程中与金属液接触的工具进行刷涂料并烘干预热。在进行浇注前，需要扒渣清理干净。
首先备料和装料，将按80%Al-20%Si称好的铝块和硅粒同时加入中频感应炉的坩埚中。加料时各种物料必须进行烘干去除水份及物料表面的氧化物，以防在加料时水份和氧化物与金属液接触引起爆炸或喷溅，造成危害事故。当坩埚被加热到暗红色的时候，先将回炉料放置于坩埚底部，然后再加入结晶硅，最后在将纯铝锭压在结晶硅的上方，如图所示。
装料示意图
图示加料方法比使用低温加硅法更好。低温加硅法是在铝的凝固点附近呈糊状时加入经预热的硅，但铝液表面的氧化膜被硅破坏，增加了铝的烧损，且硅本身易被氧化，在硅表面形成组织致密、熔点高达1713℃的氧化膜，使硅原子无法向铝液扩散，硅的熔化速度降低，使合金的熔化时间加长，浪费能源。而一次性熔炼法的加硅方法，能补偿低温加硅法，因为熔点低的回炉料先熔化，结晶硅和纯铝锭受到重力的作用，顺利地浸入已熔化的铝液中，使铝液表面的氧化膜不被破坏，该膜仍能发挥覆盖作用，因而使硅不被氧化，加快了硅原子在铝液中的扩散溶解速度，使熔炼时间变短，合金的氧化变少。
其次，升温和测温：温度必须控制在750—800℃之间，严格控制温度，降温时要强烈搅拌成为糊状，可加硅粒，加硅粒时一定要边加边搅拌，逐渐加入，一直到加完一炉的硅粒，使硅粒在体系内均匀地分布，在加硅时，不能升温。
之后进行变质处理和浇注，在760～800℃的变质温度中，加入炉料质量的1%，变质时间为15min；扒渣之后，选择760℃、780℃和800℃三个浇注温度将熔体倒入准备好的砂模中，等到完全凝固后，进行脱模。最后制样和观察不同浇注温度和变质处理后的铸态组织特征。
二、影响熔炼的因素
1、结晶硅粒度
粒度过大，减少了结晶硅与铝液的接触面积，使硅的溶解和扩散速度减慢，熔炼时间加长，不仅浪费燃料，还容易吸气，导致铝液质量恶化。粒度太小，则容易被氧化渣卷入浪费掉。因为体硅比重2.33，熔点1430Co，7000c而铝液比重2.37。加上液体铝的表面张力作用，在熔炼过程中硅块始终飘浮在铝液的表面上。当熔炼温度比硅的熔点低时，硅进入铝中的方式只能是溶解，而不是熔化后与铝混合成为合金的。硅只能在硅与铝液的接触面上进行溶解，因此在铝-硅界面形成的局部硅的高浓度区域，在熔炼过程中通过扩散作用中（主要靠搅拌），使高浓度区逐渐降低，才能使硅继续溶解。溶解速率与硅块的质量有关，大块溶解得慢，小块溶解得快，但比较细小的粉粒易被氧化。
2、熔炼温度
熔炼温度对初晶硅的尺寸有较大的影响，在铝液没变质前，我们分别在760、780和800℃浇注试块，结果表明，温度不断升高，初晶硅晶粒由大变小，在800℃时，初晶硅以细小颗粒均匀地分布在基体中。因为，随着温度升高硅原子的扩散更充分。
3、凝固冷却速度
金属液在凝固时，提高冷却速度可以使金属液获得较大的过冷度，增加形核速率，可获得较细小的晶粒。影响冷却速度的因素主要有浇注温度：提高浇注温度，并且把型腔加热到较高温度，降低了温差，减小了冷却速度，可使晶粒稍微粗化。
4、变质处理
稀土变质使针片状的共晶硅细化成粒状或短杆状，而且还使初晶硅的粒度减少，此外稀土在铝液中可以形成含稀土的金属间化合物，在熔体结晶时作为外来的结晶晶核，使合金的组织细化。
三、实验结果及分析
变质处理，800℃（×100）变质处理，780℃（×100）变质处理，760℃（×100）
未变质处理，800℃（×100）未变质处理，780℃（×100）未变质处理，760℃（×100）
进行熔炼过程中，温度越高，硬度值也越大。未加入变质剂的合金硬度值比变质的硬度值低。稀土变质不仅使初晶硅的粒度稍有减少，而且还使针片状的共晶硅细化成短杆状或粒状。温度升高过程中，初晶硅晶粒由大变小，800℃时，初晶硅以细小颗粒在基体中均匀地分布，这是因为，温度升高使硅原子的扩散更充分。
四、结论
据上述分析，低温熔炼能有效地防止硅的氧化。（Al一Si）被固体层中的硅粒所包围，硅与氧气隔绝； 固体层的覆盖保护了在凝固层和液体层中的硅粒，使其无法与空气中的氧接触，防止了氧化。应把增锅底部的浇冒口旧料熔化形成溶池，使结晶块在上层炉料的浸入熔池被铝液包裹，不能上浮，这样有效地防止了结晶硅的氧化，保护了铝液氧化膜，使硅在合金中分散均匀，提高了合金的性能。
试验表明，未经变质处理时的合金，如上图所示，显微组织中初晶硅呈骨骼状或大片状，共晶硅呈粗条状成分布不均匀的堆密集、固溶体枝晶较粗大。变质处理后共晶硅呈细短条或点状弥散分布，达到了初晶硅和共晶组织双重细化的目的。
参考文献：
[1]刘阳.采用一次冶金法熔炼铝硅合金.1999（11）：49.
[2]乐秀伟.过共晶铝硅合金的熔炼及变质处理[J].北京理工大学学报.1995（01）： 62.
[3]李怀仁.中频感应炉生产铝硅铁的试验[J].云南冶金.1996（03）：34-35.
[4]杜科选.低温熔炼铝硅合金[J].轻金属，1991（10）：63.
[5]蒋生标.直接加硅法熔煉过共晶铝硅活塞合金[J].摩托车技术.1994（05）：17.
[6]王耐艳.工程材料综合实验学生主体作用的发挥[J].浙江理工大学学报，2011（06）.