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　　鋁合金型材出廠狀態、相關參數和注意事項

　　形成氣孔的氫氣的來源與析出

　　鋁合金中氣孔的產生，是由于鋁合金吸氣而形成的，但氣體分子狀態的氣體一般不能溶解于合金液中，只有當氣體分子分解為活性原子時，才有可能溶解。合金液中氣體能溶解的數量多少，不僅與分子是否容易分解為活性原子有關，還直接與氣體原子類別有關。在鋁合金熔煉過程中，通常接觸的爐氣有：氫氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫等，這些氣體主要是由燃料燃燒后產生的，而耐火材料、金屬爐料及熔劑、與氣體接觸的工具等也可以帶入一定量的氣體，如新砌的爐襯、爐子的耐火材料、坩堝等，通常需要使用幾天或幾周的時間，其化學結合的氫才能充分從粘結劑中釋放出來。一般而言，爐氣成分是由燃料種類以及空氣量來決定的。普通焦炭坩堝爐，爐氣成分主要為二氧化碳、二氧化硫和氮氣；煤氣、重油坩堝爐主要為水蒸氣、氮氣；而對目前大多數熔煉廠家使用的電爐熔煉來說，爐氣成分主要是氫氣。因此，采用不同的熔煉爐熔煉時，鋁合金的吸氣量和產生氣孔的程度是不同的。

　　鋁合金生產實踐證明，氫是唯一能大量溶解于鋁或鋁合金中的氣體，是導致鋁合金形成氣孔的主要原因，是鋁合金中有害的氣體，也是鋁合金中溶解度大的氣體。在鑄件凝固過程中由于氫的析出而產生的孔隙，不僅減少了鑄件的實際截面積而且是裂紋源。惰性氣體不能溶于鋁或鋁合金，其他氣體一般與鋁或鋁合金反應形成鋁的化合物，如Al2O3、AlCl3、AlN、Al4C3等等。由圖1可知，氫在液態鋁或鋁合金中的溶液解度很大，而幾乎不溶解于固態鋁（在室溫條件下，其溶解度約在0.003﹪以下）。

　　在鋁合金熔煉時，周圍空氣中的氫氣含量并不多，氫的通常的來源是鋁和水蒸氣的反應，而水蒸氣主要來源于爐氣中的水分、設備及工具吸附的水分、一些材料的結晶水與鋁銹Al(OH)2分解出來的水分等，其反應式如下：

　　3H2O(水蒸氣)2Al=Al2O36[H](1)

　　含鎂鋁合金由于還發生下列反應，更容易吸收氫：

　　H2O(水蒸氣)Mg=MgO2[H](2)

　　另外，金屬爐料或回爐料帶入的油污、有機物、鹽類熔劑等與鋁液反應也能生成氫：

　　4mAl3CmHn=mAl4C33n[H](3)

　　鎂、鈉、鋰可以改變鋁的表面的氧化膜，使活性氫原子容易進入；金屬氟和鈹則能在鋁的表面形成更致密的氧化膜，降低氫向鋁液或鋁合金中擴散的速度，對鋁合金起到保護作用。形成氫化物的元素，如鈣、鈦、鋰、銫等金屬均能強烈地擴大氫在鋁液中的溶解度。

　　氣孔對鋁合金鑄件性能的影響

　　針孔對鋁合金性能的影響主要表現在能使鑄件組織致密度降低，力學性能下降。為此，在鋁合金鑄件生產實踐中，加強對氣孔等級對力學性能的影響研究，通過控制針孔等級來保證鋁合金鑄件品質是非常重要的。針孔等級評定，低倍檢驗按GB-89進行，當有爭議時按表2規定執行；X射線照相按GB-89鋁合金鑄件針孔分級標準執行，該標準選用目前工業生產中常用的兩種合金ZL101（Al-Si-Mg系）和ZL201（Al-Cu-Mn系）,并在T4狀態測定бb和σ5的試驗結果表明（ZL101T4、ZL201ST4各種針孔試樣的力學性能分別見表3、表4）：鑄件力學性能與針孔等級之間是線性相關關系，隨著針孔等級級別增加，力學性能逐步下降；針孔等級每增加一級，力學性бb下降3%左右，σ5下降5%左右。對鋁合金鑄件切取性能試樣要求，鑄件允許存在的針孔級別詳見GB9438-8

　　這里應當指出的是，由于鑄件壁厚效應的影響，即使針孔嚴重程度相同，壁厚大的部位力學性能下降，壁厚小的則較高。由于鑄件的力學性能取決于多種因素，不僅與針孔等級有關，還與合金的化學成分的波動、鑄件的凝固速度、熱處理效果、其他缺陷的存在因素有關，所以同一級別的針孔試樣，力學性能將在一個相當大的范圍內波動。

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