鑄造鋁合金具有密度小、比強度和比剛度高、切削性能好等優點，被廣泛應用于航空航天、汽車、建筑、機械和食品包裝等各行業。鑄造鋁合金除要求必要的力學性能和耐蝕性外，還應具有良好的鑄造性能，為此鑄造鋁合金比變形鋁合金含有較多的合金元素，可形成較多低熔點共晶體，以提高流動性，改善合金的鑄造性能。
鑄造鋁合金根據合金成分及含量的不同，主要分為鋁-硅系、鋁-銅系、鋁-鎂系和鋁-鋅系等幾大類。其中鋁-硅系（Al-Si系）合金是航空工業中應用最廣的鑄造鋁合金，該合金具有良好的鑄造性能、耐蝕性能和力學性能；鋁-銅系（Al-Cu系）合金是應用最早的一種鑄造鋁合金，其最大特點是耐熱性高，因此適宜鑄造高溫鑄件，但合金鑄造性能和耐蝕性較差；鋁-鎂系（Al-Mg系）合金的最大特點是耐蝕性高，密度小（2.55x10kg/m），強度和韌性較高，切削加工性好，表面粗糙度值低；鋁-鋅系（Al-Zn系）合金的主要特點是具有良好的鑄造性、可加工性、焊接性及尺寸穩定性，鑄態下就具有時效硬化能力，故稱為自強化合金。Al-Zn系鑄造合金具有較高的強度，是一種最便宜的鑄造合金，其主要缺點是耐蝕性差。
鑄造鋁合金常有的熱處理有8種：T1時效，鑄件鑄造后不經固溶處理直接時效，目的是改善零件的切削加工性；T2退火，目的是消除鑄造后的殘余應力；T4淬火+自然時效，目的是提高強度和抗蝕性；T5火+部分人工時效，部分人工時效是在較低溫度或較高溫度經短時保溫后完成的，目的是提高強度的同時保持較好的塑性；T6淬火+人工完全時效，完全人工時效是在較高溫度或較低溫度經長時保溫后完成的，目的是獲得最大的強化效果；T7淬火+穩定化回火，穩定化回火是接近工作溫度下的回火（或時效），目的是獲得較高強度和較好的尺寸穩定性；T8一淬火+軟化回火，回火溫度比T7還高，目的是降低硬度、提高塑性；鑄淬，剛處于凝固狀態的鑄件，自高溫入水急冷淬火，以保持原來的固溶狀態，然后再進行人工時效的工藝。
介紹
采用鑄造工藝直接獲得所需零件所使用的鋁合金。要求它有理想的鑄造性：良好的流動性，較小的收縮、熱裂及冷裂傾向性，較小的偏析和吸氣性。鑄造鋁合金的元素含量一般高于相應變形鋁合金的，多數合金接近共晶成分。
1905～1925年，歐美國家在研究鋁合金相圖的基礎上開展了工業鋁合金的研究。最初研究了鋁鎳合金催化劑，但其鑄造性能不佳，因此未能成為主要強化元素。其后研究了在鋁中加入銅、鎂、錳、硅等元素，獲得了較為理想的性能，因而發展了一些二元及多元的鑄造鋁合金，其中著名的硅鋁明合金在1920年前后用于工業。
應用
鑄造鋁合金具有良好的鑄造性能，可以制成形狀復雜的零件；不需要龐大的附加設備；具有節約金屬、降低成本、減少工時等優點，在航空工業和民用工業得到廣泛應用。用于制造梁、燃氣輪葉片、泵體、掛架、輪轂、進氣唇口和發動機的機匣等。還用于制造汽車的氣缸蓋、變速箱和活塞，儀器儀表的殼體和增壓器泵體等零件。
分類
現代鑄造鋁合金按主要加入的元素可分為4個系列，即：鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系及鋁鋅系。對這4個系列，各國都有相應的合金和合金牌號的標記。中國采用ZL+3位數字標記法，第一位數字表示合金系，其中：1表示鋁硅合金系，2表示鋁銅合金系，3表示鋁鎂合金系，4表示鋁鋅合金系，第二、三位數字表示合金序號。中國的幾種典型鑄造鋁合金如表所示，根據合金的使用特性可分為：耐熱鑄造鋁合金、氣密鑄造鋁合金、耐蝕鑄造鋁合金和可焊鑄造鋁合金
鋁-硅系合金
通常硅含量為4%～13%，又稱“硅鋁明”合金。鑄造性能最佳，裂紋傾向性極小，收縮率低，有很好的耐蝕性和氣密性以及足夠的力學性能和焊接性能。此系合金在工業上的應用雖較鋁-銅系合金晚些，但于1920年發現可進行變質處理后，使該系合金的組織和性能得到改善，拓寬了使用范圍，在用量上幾乎占鑄造鋁合金的50%。鋁硅系合金可分為共晶型、亞共晶型、過共晶型和添加銅、鎂、錳等復雜的共晶合金。ZL102合金為典型的二元共晶合金，共晶溫度為577℃，共晶成分為12.6%Si，共晶溫度下α固溶體中溶解1.6%Si，室溫下溶解約0.05%Si；β相為鋁溶于硅中的固溶體，其溶解度極小，因而共晶組織為α+Si兩相組成。多元合金的組織中，除α和硅外，還有θ（CuAl2）、W（AlxMg5Si4）等相（見鋁合金的相）。含銅的鋁硅合金可熱處理強化，但耐蝕性差。合金中硅相的形狀對強度和塑性有顯著的影響，通過變質處理（在熔體中加入鈉或銻），使硅相球化，合金的組織和性能得以改善。過共晶合金中的粗大初晶硅有害于力學性能和切削性能，常加入磷，形成AlP化合物，使初晶硅細化，減少其有害影響。
鋁銅系合金
是最早出現的工業鑄造鋁合金。該系合金有高的強度和熱穩定性，但鑄造性和耐蝕性差。銅含量一般低于銅在鋁中的溶解度極限（5.85%），平衡組織中無共晶體，非平衡條件下，可能出現少量共晶體，經固溶處理，使固溶體過飽和，可獲得時效強化效果。合金中加入錳、鈦可使晶粒細化，能補充強化和改善耐蝕性。
鋁鎂系合金
該系合金強度高，耐蝕性最佳，密度小，有較好的氣密性。鋁鎂二元鑄造合金，鎂含量高達11.5%，多元合金中的鎂含量一般為5%左右。合金的組織為α+β（Mg5Al8）相組成，熱處理的強化效果不明顯，主要為固溶強化。β（Mg5Al8）相沿晶界呈網狀析出時，抗蝕性和力學性能變壞。為防止β（Mg5Al8）相沿晶界析出，多在固溶狀態下使用。合金中加入硅和錳能改善合金的流動性。
鋁鋅系合金
該系合金在鑄造狀態就具備淬火組織特征，不進行熱處理就可獲得高的強度，但合金的密度大，不適宜制作飛機零件。該合金系是在硅鋁明合金的基礎上加鋅而成，因此亦稱“鋅硅鋁明”合金。
成分與性能
中國幾種典型鑄造鋁合金的主要成分和性能
①鑄造方法中：S—沙模鑄造；j—金屬模鑄造；R—熔模鑄造；K—殼型鑄造；B—變質處理；
②合金狀態中：F—鑄態；T1—自然時效；T4—固溶處理加自然時效；T5—固溶處理加不完全人工時效；T6—固溶處理加完全人工時效。
鋁合金精煉技術
鋁合金精煉主要是去除合金液中的氣體和非金屬夾雜物。鋁合金中的氣體主要是氫（占85%以上），夾雜物主要是氧化鋁。由于氫在液態和固態鋁合金中的飽和溶解度相差近20倍，在鋁合金凝固過程中極易析出氫，使鑄件產生針孔。夾雜物和氣體是相互作用的，在工業純鋁中每100g鋁合金液中氫含量高于0.1mL時，就會出現氣孔，而在高純鋁中每100g鋁合金液中含氫量高達0.4mL時，才會出現氣孔。可見除氣必須除渣，而除渣是除氣的基礎。
鋁合金常用的精煉劑是六氯乙烷或氯鹽，這種精煉劑除氣和除渣效果非常好，但不利于環保，正在逐步被無毒精煉劑取代。國內外研究者開發了兩類有效的精煉方法，即旋轉葉輪法（RID法）和噴射熔劑法（FI法）。旋轉葉輪法（RID法）是往合金液中通惰性氣體，通過葉輪旋轉切割將大氣泡打碎成直徑約為0.5mm的小氣泡，它們均勻分布于合金液中，緩緩上升，可提高除氣效果；熔劑噴射法（FI法）是將粉狀熔劑以惰性氣體作載體均勻噴入合金液，增加熔劑與合金液接觸面積，增強除渣作用，同時熔劑改變氣泡與合金液界面的性質，提高惰性氣體的除氫效果。目前，效果比較好的精煉方法是將上述兩種方法結合起來使用，即旋轉噴吹法，在旋轉葉輪法的基礎上，往合金液中噴粉狀熔劑。
參考資料 >