· 440 应用技术
铸造 FOUNDRY
铝及铝合金中Fe、Si杂质元素的冶金
与熔铸过程控制
罗旭东12，汤昌廷"，马军创，新承岗'，邵宇光12，王家淳12
(1.山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心，山东龙口265713；
2.北京南山航空材料研究院，北京100048)
May2015 Vol.64No.5
摘要：简述了铝及铝合金中Fe、Si元素的危害作用，并分别讨论了氧化铝、炭素阳极、铝电解和铝合金熔铸生产过程中控制Fe、Si元索含量的工艺技术和管理手段。指出：在冶金和熔铸生产过程中采取有效措施，可将Fe、Si杂质元素含量控制在较低水平，为生产高品质铝及铝合金产品提供良好条件。
关键词：铝合金；Fe、Si元素：危害作用；生产控制中图分类号：TG80；TG22
：文献标识码：A文章编号：1001-4977（2015）05-0440-06
Metallurgical andCastingProcessControl ofFerrumand
SiliconinAluminiumandAluminiumAlloys LUO Xu-dong'2, TANG Chang-ting', MA Jun-chuang', JIN Cheng-gang',
SHAOYu-guang"2,WANG Jia-chun'2
(1. Shandong Nanshan Aluminium Co., Ltd., National Engineering Research Center For Plastic Working of Aluminium Alloys
Longkou 265713, Shandong, China; 2. Beijing Nanshan Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100048, China)
Abstract:Harmful effect of ferrum and silicon in aluminium and aluminium alloys was introduced briefly Technology condition and production management in processes of alumina, carbon anode and primary aluminium, smelting and casting were discussed. It is pointed out that effective measures in metallurgical and casting process would reduce content of ferrum and silicon, and provide good conditions for high-quality productionofaluminiumandaluminiumalloys.
Key words: aluminium alloys; ferrum and silicon; harmful effect; process control
铝及铝合金中Fe、Si杂质元素对材料的强度、断裂韧性、抗疲劳和抗应力腐蚀等性能有重要影响，随着铝合金材料在航空、航天、汽车及电力电子等行业的广泛应用，对其中Fe、Si含量的控制要求也日趋严格。本文将从冶金和熔铸生产过程入手，对Fe、Si元素的控制方法和具体措施进行分析和讨论，力求为铝及铝合金生产过程中的杂质控制提供参考。
1铝及铝合金中Fe、Si元素的作用 1.1铝及铝合金中Fe元素的危害作用
在少数铝合金中或特定的情况下会有意添加少量
Fe元系以改善合金的某种性能，如在AI-Cu-Ni和 Al-Si-Cu合金中添加Fe以增加合金的高温强度，如在压铸铝合金中添加少量Fe以防止铸件和模具的“粘结”。还有研究表明，在铝及铝合金熔体中加人A1-Fe或 AI-10Si-2Fe中间合金，其中Fe或含铁化合物可作为形核质点或起晶界钉扎作用，从而起到细化组织的作收稿日期：2014-12-09收到初稿，2015-02-26收到修订稿。
用[-2]。
在绝大多数情况下，Fe被认为是铝合金中主要的杂质元素。由于Fe在铝中的固溶度很小，因此铝及铝合金中的Fe元素主要以析出相（如针片状β铁相）的形式存在，容易引起铝合金组织内部应力集中并萌生裂纹。在随后的变形加工过程中，析出相变形程度与基体变形程度不一致，基体与脆性析出相的交界面上容易产生孔隙，造成微观裂纹。微观裂纹在材料的使用过程中会演变为宏观裂纹，降低合金的断裂韧性。生产经验表明，铝合金铁含量达到0.4wt.%时，很容易析出粗大针状铁相；当铁含量超过0.7wt.%时，粗大针状铁相将大量存在，见图1。
铁相除对材料的性能产生影响之外，还存在以下两方面危害间：一是Fe含量增多时，大量针片状富铁相在凝固过程中会影响枝晶间的金属液的流动，阻塞枝晶间的补循通道能，从而增加铸锭的缩孔和疏松等缺陷；二是富铁相硬度较高，在机加工时对刀具的磨损
作者简介：罗旭东（1979-），男，工程师，博士，主要从事铝电解和铝合金熔铸工作。电话：010-68719191，E-mail：luoxudong@nanshan.com.cn