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160～180 HV，远高于缸体的硬度要求70～120 HV。

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JIS H 5302：2006技术要求。

 

表1 压铸缸体的化学成分(质量分数)Tab.1 Chemical compositions of cylinder block (mass fraction) %

  

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。

（三）“灵活适度”。即教师在教学过程中的创新教育要和语言文学教育自然结合，做到自然贴切，灵活适度、疏密有致，而不是强行灌输、生搬硬套、穿凿附会。在文本阅读分析过程中、知识拓展环节、写作训练、课堂实践环节中结合实际灵活运用创新观念，创新能力的培养要根据所教授内容和教学情境灵活开展，同时遵循适度原则，不宜喧宾夺主，避免把语文课上成创新创业课程。

  

图1 压铸缸体的显微组织形貌Fig.1 Microstructrue morphology of the die casting cylinder: a) normal zone; b) abnormal zone

  

图2 裂纹区域的SEM形貌Fig.2 SEM morphology of the cracked region:a) view A; b) view B; c) view C; d) view D

1.4 扫描电镜和能谱分析

灰类是在评价等级的基础上运用白化权函数确定的。假设xi指标k子类的白化权函数为(·)，则4)为指标数据不同等级的转折点。因此，典型白化权函数可记为 =］，通常有以下三种表现形式:

改革开放后，我国农村社会结构发生了变迁：人口老龄化、村庄空心化、邻里关系冷漠化。历史遗留问题、自然灾害、劳动力外流、生产生活方式突变等都容易造成农村社会的不稳定性。怎样带动邻里交往、增强村民凝聚力？建筑师从不同的角度切入，提供了多种可行之路。

 

表2 裂纹区域能谱分析结果(质量分数)Tab.2 Energy spectrum analysis results of the cracked region (mass fraction) %

  

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

分别采用BP神经网络预测法和基于小波变换的BP神经网络预测法对2012-2016年间的1∶00-6∶00,7∶00-12∶00,13∶00-18∶00,18∶00-24∶00这4个时间段进行预测和误差分析，预测结果和相对误差如图1～图8所示，图中实线代表交通事故的实际情况，虚线代表交通事故的预测情况。预测方法误差对比情况如表2所示。

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

取缸体裂纹区域，将裂纹打开，制取扫描电镜试样，采用TESCAN VEGA3 LMH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。

(2)

2Al+N2=2AlN

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70 HV，共晶平均显微硬度为118 HV，夹杂相Al2O3(多孔)显微硬度为682 HV,夹杂相Al2O3(无孔)显微硬度为1 354 HV，夹杂相硅酸铝显微硬度为1 351 HV，夹杂相MgO·Al2O3显微硬度为1 127 HV,夹杂相AlSiMnFe显微硬度为630 HV[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。

(3)

(4)

4Al+3CO2=2Al2O3+3C

(5)

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

(6)

4Al+3CH4=Al4C3+12H(溶于铝液)

贴梗海棠（Chaenameles speciosa.）属蔷薇科木瓜属植物，原产于中国，为温带树种，分布于陕西、甘肃、四川、贵州、云南、广东等地，全国各地均有栽培，也叫铁杆海棠、铁角海棠、铁角梨[1-3]，缅甸、日本、朝鲜也有分布。其花色红黄杂揉，相映成趣，其花朵鲜润丰腴、绚烂耀目，果实大，香气浓，深受人们喜爱，不仅是美化园林、绿化环境的重要花木，更是优良的花果类盆景树种。果实营养价值和药用价值很高，可与猕猴桃媲美，以“百益之果”著称，是药食兼用食品，具有舒筋活络、化湿、顺气、止痛的功效，并能解酒去痰，煨食止痢。

4Al+3SiO2→2Al2O3+3Si

(7)

2Al+3 CO=Al2O3+3C

(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680 HV)或深色无孔状(硬度约为1 350 HV)[7-8]。MgO·Al2O3为铝镁化合物即为尖晶石，其硬度约为1 127 HV。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1～10 μm，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。

参考文献：

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[2] 董秀文,李岩. ADC10压铸铝合金变速箱体硬质点缺陷分析及预防[J]. 理化检验(物理分册),2011,47(5):308-311.

[3] 徐明钢,赵愉,陈敏之,等. Al-Si压铸合金中硬质点夹杂物的研究[J]. 机械工程材料,2002，26(7):36-38.

[4] 田素贵,张禄廷,王桂华,等. AlN颗粒增强Cu基复合材料内氧化的研究[J]. 材料工程,2000(10):25-28.

[5] 曾俊杰. 不同组分含量铝合金精炼剂对A356精炼效果的影响[D]. 南昌:南昌大学,2012.

[6] 叶苗. 提高AlSi9Cu3合金压铸件切削性能的研究[D]. 上海:上海交通大学,2003.

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[8] 武志刚. 铝合金压铸件中的硬质点分析探讨[J]. 铸造设备研究,2005(2):35-36.

[9] 蔡勖勤. 铝硅系铸造铝合金中的铁相[J]. 理化检验(物理分册),2003,39(4):180-183.

[10] 程永强,姚爱民. 铸造铝硅合金的直接熔炼[J]. 有色矿冶,2004,20(4):38-40.