adc12是什么材料
蒋雍-以观沧海
2023年2月21日发(作者：蒸汽洗车机)ADC12铝合金压铸缸体硬质点分析及改进措施
印小松;刘宏庆;柯研;康忠臣
【摘要】某厂生产的一批ADC12铝合金压铸缸体出现硬质点,在机加工时出现打
刀现象,并使产品形成微裂纹.通过硬度检测、化学成分分析、金相检验、扫描电镜
分析和能谱分析等方法,对ADC12铝合金压铸缸体出现硬质点的原因进行了分析.
结果表明:由于氮气纯度较低、铝液不纯净、未及时扒渣,造成杂质进入铝合金压铸
型腔后形成硬质点,从而在机加工时出现打刀现象.最后提出了相应的改进措
施%HardspotswerefoundinthediecastcylinderblockofADC12
fephenomenonappearedduringmachiningand
sesofhardspotsinADC12
aluminumalloydiecastingcylinderblockwereanalyzedbymethodsof
hardnesstesting,compositionanalysis,metallographic
examination,scanningelectronmicroscopyandenergyspectrum
ultsshowthatthehardspotsformedaftertheimpurities
enterintothediecastingcylinderblockofthealuminumalloy,causeby
lowpurityofnitrogen,aluminumwater,andnotslaggingin
ore,theknifephenomenonappearedduring
y,thecorrespondingimprovementmeasuresarepresented.
【期刊名称】《理化检验-物理分册》
【年(卷),期】2018(054)005
【总页数】4页(P339-342)
【关键词】ADC12铝合金;硬质点;压铸缸体
【作者】印小松;刘宏庆;柯研;康忠臣
【作者单位】重庆秦安铸造有限公司,重庆402247;重庆秦安铸造有限公司,重庆
402247;重庆秦安铸造有限公司,重庆402247;重庆秦安铸造有限公司,重庆
402247
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.1
汽车发动机缸体以前多采用传统灰铸铁材料砂型铸造，具有缸体质量大、制造过程
对环境污染大等缺点。用铝合金替代钢铁，符合汽车轻量化要求，可使汽车零件质
量减轻65%[1]。某厂结合国际和国内现有的条件和经验，建成了多条先进的缸体
压铸生产线，主体材料为ADC12铝合金，批量生产了多种规格的压铸缸体。具体
生产工艺为：熔炼(配料→加精炼剂、覆盖剂、通氮气除气除杂→倒入转运包→加
精炼剂、覆盖剂、通氮气除气除杂→保温炉)→保温炉保温→模具安装→开模→喷
离型剂吹气→合模→压铸→开模→取件。正常的铝合金压铸缸体由于其本身的硬度
普遍较低，机加工时一般不发生打刀现象。但最近生产的一批压铸缸体出现很多硬
质点，在机加时发生打刀现象，并使产品形成微裂纹。为了分析该批铝合金压铸缸
体硬质点产生的原因，笔者采用硬度检测、化学成分分析、金相检验、扫描电镜分
析等方法对其进行了检验和分析，并提出了相应的预防改进措施。
1理化检验
1.1硬度测试
在ADC12铝合金压铸缸体出现打刀的部位(含微裂纹)取硬度试样，采用维氏硬度
计进行检测，结果表明试样局部硬度达160～180HV，远高于缸体的硬度要求
70～120HV。
1.2化学成分分析
采用直读光谱仪对缸体微裂纹附近区域进行化学成分分析，结果见表1，可见该压
铸缸体的化学成分符合日本工业标准JISH5302：2006技术要求。
表1压铸缸体的化学成分(质量分数)Tab.1Chemicalcompositionsofcylinder
block(massfraction)%项目CuSiMgZnFeMnNiSnAl实测值
2．8610．900．250．920．890．450．410．1183．21标准值1．5～
3．59．6～12．0≤0．3≤1．0≤1．3≤0．5≤0．5≤0．2余量
1.3金相检验
分别在缸体未出现硬质点、出现硬质点及微裂纹处制取金相试样，经砂纸打磨、抛
光后，用0.5%(体积分数)氢氟酸水溶液侵蚀，采用奥林巴斯GX-51金相显微镜观
察试样的显微组织，如图1所示。可见正常区域的显微组织为铝硅亚共晶组织，
其中细小的黑色夹杂相在基体上均匀分布；异常区域的黑色夹杂聚集呈大块或大条
状分布。
图1压铸缸体的显微组织形貌Fig.1Microstructruemorphologyofthedie
castingcylinder:a)normalzone;b)abnormalzone
图2裂纹区域的SEM形貌Fig.2SEMmorphologyofthecrackedregion:a)
viewA;b)viewB;c)viewC;d)viewD
1.4扫描电镜和能谱分析
取缸体裂纹区域，将裂纹打开，制取扫描电镜试样，采用TESCANVEGA3LMH
扫描电镜(SEM)进行微观形貌分析和微区成分分析，用扫描电镜在试样不同位置选
取具有代表性的A，B，C，D视场，各视场的SEM形貌如图2所示，其微区化学
成分见表2。图2a)中SEM形貌显示显微组织呈多孔状，结合表2中的化学成分
可知组织中含有Al2O3(多孔)夹杂相；图2b)中显微组织存在大量的光滑面，含有
许多白色夹杂物，结合表2中的化学成可知组织中含有Al2O3(无孔)，AlSiMnFe，
硅酸铝和Al3C4夹杂组；图2c)中显微组织有灰色近球形颗粒物和白色夹杂，结合
表2中的化学成分可知颗粒物为Al2Cu，其显微组织中也含有Al2O3(无孔)，
Al3C4和MgO·Al2O3夹杂相；图2d)中显微组织表面粗糙呈灰白色，结合表2
中的化学成分，可知组织中含有AlN,Al2O3(无孔)和MgO·Al2O3夹杂物。通过
图2和表2可知硬质点夹杂相包含Al2O3(多孔或无孔)，硅酸铝，MgO·Al2O3，
AlSiMnFe，AlN，Al3C4等夹杂相。
表2裂纹区域能谱分析结果(质量分数)Tab.2Energyspectrumanalysisresults
ofthecrackedregion(massfraction)%项目SiFeCuMnCaMgCOAlSN视场A
谱图12．83-63．53----6．2927．35--视场B谱图
14．192．202．271．707．10-20．8827．9861．65--视场B谱图2--4．06-
0．810．79-43．3649．90--视场C谱图1-2．5277．99--
1．055．1110．083．25--视场C谱图21．234．6310．99-
1．096．194．5241．6929．67--视场D谱图10．510．822．07-
0．6210．6022．4042．0420．550．37-视场D谱图21．57-64．80----
8．3921．08-4．16
2分析及讨论
ADC12属铝硅铜镁型铝合金，正常的的铸造组织可形成Mg2Si,Al2Cu和
ω(AlxMg5Si4Cu4)等强化相和耐热相以及少量的初晶硅[2]。但从该缸体出现硬质
点位置的硬度测试和金相检验结果可知，加工异常部位出现了异常的黑色夹杂，聚
集呈大块或大条状分布，其硬度也远高于正常位置的，化学成分符合要求。通过扫
描电镜微区成分分析可知硬质点夹杂相包含Al2O3(多孔或无孔)，硅酸铝，
MgO·Al2O3，AlSiMnFe，AlN，Al3C4等夹杂相。一般来说铝-硅压铸合金中测
定铝基体平均显微硬度为70HV，共晶平均显微硬度为118HV，夹杂相
Al2O3(多孔)显微硬度为682HV,夹杂相Al2O3(无孔)显微硬度为1354HV，夹
杂相硅酸铝显微硬度为1351HV，夹杂相MgO·Al2O3显微硬度为1127HV,夹
杂相AlSiMnFe显微硬度为630HV[3]。可以看出，压铸缸体中硬质点夹杂相
Al2O3(多孔或无孔)，硅酸铝，MgO·Al2O3，AlSiMnFe的硬度远大于铝合金基
体和共晶组织的，硬质点的高硬度造成了机加工时打刀现象和微裂纹的产生。
铝合金在熔化过程中会与O2，N2，H2O，CO2，CO、CmHn，H2等气体以及
溶质元素铜发生一系列的物理化学反应[4-6]，如下所示
2/3Al+1/2O2=1/3Al2O3
(1)
4Cu+O2=2Cu2O
(2)
4Al+3CO2=2Al2O3+3C
(3)
2Al+3CO=Al2O3+3C
(4)
2Al+N2=2AlN
(5)
4Al+3CH4=Al4C3+12H(溶于铝液)
(6)
由于铝的活泼性强于铜的，一般在铝液中铝优先被氧化，但铜的氧化依然存在，特
别是在铜富集区。另外熔炼炉和保温炉炉壁及过滤板中含有SiO2，在高温下也易
发生还原反应，铝氧化后一般先形成γ-Al2O3，长时间保温后γ-Al2O3又会转变
为α-Al2O3[6]，反应过程如下所示
4Al+3SiO2→2Al2O3+3Si
(7)
(8)
铝液中的Al2O3就是γ-Al2O3与α-Al2O3(刚玉)的混合物，呈多孔状(硬度约为
680HV)或深色无孔状(硬度约为1350HV)[7-8]。MgO·Al2O3为铝镁化合物即
为尖晶石，其硬度约为1127HV。Al3C4和碳氧化铝属碳化物，其硬度与刚玉的
相当[8]。碳化物夹杂Al3C4可能在铝熔炼过程中形成，经常由劣质铝锭造成，也
可能是回炉料造成，由于尺寸较小，在1～10μm，这些碳化物一般无害[5]。AlN
属金刚石氮化物，硬度很高，很多复合材料用AlN颗粒增强，但在铝件中为硬质
点。AlSiMnFe金属化合物，是由于铁、锰等元素有向铝液下部偏析的倾向，当铁、
锰杂质元素含量较高时就形成AlSiMnFe金属化合物，浇铸时混入铝液形成硬质
点。铁含量和锰铁含量比影响着铝合金的切削性能，当铁含量wFe>0.4%(质量分
数)时，必须调整相应比例的锰含量，以使铁相的针状形态改变为球面多面体形态，
但要使其分布均匀，而且数量尽可能要少[9]。
由于在转运包、保温炉中的精炼除气过程中，不断向铝液中通氮气以除去铝液中含
有的氢和夹杂物。氮气在熔体排除过程中，根据气体分压定律，氮气气泡及氢分压
为零。氮气气泡与气泡附近铝液中的氢气气泡形成的分压差，造成铝液中的原子氢
从液体中带出液面而排除。由于表面张力的作用，液内的Al2O3和其他夹杂物，
吸附在气泡表面而随之带到液面，经清渣除去，达到除气、除渣的目的[10]。但实
际生产时氮气的纯度只有99.97%(体积分数)，含有较多的杂质气体，会促使
Al2O3，碳，Al4C3等种类夹杂物产生。
该压铸缸体中含有非金属夹杂物(Al2O3，MgO·Al2O3，AlN，Al3C4，C，Cu2O
等)，金属夹杂物，且合金中含有大量的杂质元素氧、碳、氮、钙等。由上述分析
可知，压铸缸体的硬质点是由铝液的不纯净，熔炼过程中除气除渣的氮气浓度较低，
配汤口内铝液面夹杂含量高，未及时进行扒渣，在浇铸过程中杂质混入铝液，在压
铸成型时进入压铸型腔造成的。
3结论及建议
ADC12铝合金压铸缸体硬质点区域存在大量的夹杂相，造成该区域硬度大幅升高，
因此在机加工时出现打刀现象，甚至产生微裂纹。压铸缸体硬质点的形成与原材料
的纯净度、熔炼过程和保温过程中的除气除渣以及人工扒渣有关。
建议如下：①控制原材料中杂质元素含量和原材料中元素配比在工艺要求范围内，
控制回炉料的质量，保证回炉料清洁干燥，回炉料加入比例要严格控制；②定期清
理熔炼炉、转运包、保温炉的炉壁和炉底的残渣，定期检查保温炉陶瓷过滤网是否
破损，如破损需及时更换，做好除气除渣工作，严格控制除气机用氮气的纯度，保
证在99.99%以上；③浇铸铝液停放时间不易过长，炉底的铝液不宜浇铸，每次浇
铸之前将保温炉的配汤口内表面氧化物及杂质清除，及时进行表面扒渣，并充分搅
拌铝液，使合金成分均匀。
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