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驰能铝业前沿·铝合金材料中的硬质颗粒物

硬质颗粒物一般为夹杂物，是有害的，下面探讨常见的硬质颗粒物的成因与防治。

一、形成的硬质颗粒物分类

一般来说，硬质颗粒的产生，存在以下几种情况：

1、高铁成分产生的颗粒物

较高的铁的成分与其他元素，如锰、锆、钛和铬，可能于铝合金凝固过程中结合成复杂的金属间化合物而产生硬质颗粒，特别容易在浇铸盘上发生。

2、高钛成分产生的颗粒物

过多的钛的成分在铝合金凝固当中会与其他的元素，如锆与铝结合成金属间化合物，是一种硬质颗粒（所以，保证质量的前提下，在线添加钛硼丝越少越好）。

3、合金凝固期间产生的颗粒物

铝与钛、铬在凝固中结合成铝钛铬中间合金夹杂物的硬质颗粒。这种合金如3003(Al-Mn-Fe)合金、7005(Al-Zn-Mg-Ti-Zr)合金、7050(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金及7075(Al-Zn-Mg-Cu-Cr)合金等。这些硬质颗粒是在凝固时产生的夹杂物，常常发生于合金设计不佳或浇铸温度不适合时。因为是在凝固时产生的颗粒，所以，这种化合物夹杂物无法使用过滤系统去除。

4、合金熔炼过程中，添加中间合金后温度、时间、操作等掌控不到位，熔体合金化程度低。

二、硬质颗粒物的形成条件

1、铝合金含有较多的铁、锰或铬元素时，一般有一个公式，硬质颗粒因子：

SF= (1× wt% Fe) + (2× wt% Mn) + (3×wt% Cr)

由以上公示来决定生成硬质颗粒的可能性。硬质颗粒的形状与铁锰铬的比例有关，而较慢的凝固速度或较低的保持温度，或较高的SF值则硬质夹杂物较易产生。

2、从图1可知，当铝铜硅合金具有较高的SF值时容易产生硬质颗粒。如SF值等于2时，铝液保持在650℃或以下时会产生硬质夹杂物。

图1 硬质颗粒形成的预测图

3、铝硅铜铸造合金(Al-Si13-Cu5-Fe1.34-Mn0.5-Cr0.06)，浇注的铝液保持在浇注温度670℃、浇注时间3h，会产生硬质颗粒物。

4、在Al-Zn-Mg(Cu)合金中，正常需要加钛(Ti)、锆(Zr)、铬(Cr)作为凝固的晶粒细化、均质强化相析出高温弥散体、焊接凝固细化等功能，但若钛、锆的加入量太多则凝固过程中可能会产生铝钛锆的硬质颗粒(夹杂物)，如7005合金。

5、在7075合金（钛加铬成分的质量分数接近0.26%）中，铸锭再加工及热处理(T6)后的产品经抛光及硫酸普通阳极和染色处理，发现阳极氧化表面有点或孔洞的缺陷，该缺陷经EDS分析其成分，为铝铬钛中间化合物，是一种硬质颗粒的夹杂物（这种粗大的Al-Cr-Ti化合物相，是造成阳极表面孔洞缺陷的主要原因）。

6、以上该Al-Cr-Ti化合物夹杂物形成的原因即为，当铸盘上铝液温度过低时即可能在铝液中析出，而进入圆棒铸锭，遗传至工件表面及内部。

7、所以，高强度铝合金的铸锭相对很难控制其质量，特别如7000系列合金高锆或高铬等合金，如何避免硬质颗粒的产生是一个重要的技术问题。

三、硬质颗粒物的防治

1、掌控熔炼条件，提高熔体合金化程度，熔炼温度、熔炼时间的把握很关键。

2、熔炼期间防止外来金属及夹渣物的携带，提倡洁净熔炼。

3、控制熔体铁含量＜0.2%。

4、掌控铸造温度，防止铸造期间的夹渣物引入。

5、对于在线追补铝钛硼丝，在不影响细化效果的前提下，添加量越少越好，有条件实现控制1kg/T-Al以下为好。

本文来源：公众号@九俞

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