□文/ 熊 儀 再生鋁技術(shù)升級(jí)研修班授課專家

在我國再生金屬產(chǎn)業(yè)的浩蕩隊(duì)伍中，一些老專家的身影格外引人注目，這些曾經(jīng)在有色金屬戰(zhàn)線上奮斗了多年的專家大多已年逾七十，但是他們又精神矍鑠地奔波在全國各地的企業(yè)里和各種論壇、培訓(xùn)的講壇上，他們用自己多年積累的經(jīng)驗(yàn)，用豐厚的理論知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，影響和推動(dòng)著再生金屬產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和管理水平的不斷提升。盡管年事已高，但是他們的思考和涉獵的廣度與深度是很多青年一代所不能企及的。這些老專家們的努力播種和辛勤耕耘，構(gòu)建了中國再生金屬產(chǎn)業(yè)科技開發(fā)領(lǐng)域一道亮麗的風(fēng)景線。許多人說，這些老專家是企業(yè)的軍師，是一些企業(yè)之所以能夠生存發(fā)展并成為社會(huì)生活中鮮活細(xì)胞的基因。鋁行業(yè)老專家熊儀先生就是其中的一位。

2010年4月在江西舉辦的第七屆研修班上，曾經(jīng)有一個(gè)熱門的話題叫做再生鋁能不能用來制造汽車輪轂？這個(gè)想法當(dāng)時(shí)就被很多專家斷然否定了。但是，為什么不行，總得有一些理論的依據(jù)和物理性能的對(duì)比和研判。有了這些理論的研究和數(shù)據(jù)的分析才能讓大家真正認(rèn)識(shí)到再生鋁生產(chǎn)原料選擇的重要性。在幾屆研修班上，一些專家多次呼吁：企業(yè)一定要注意原料的分選，因?yàn)樵偕X盡管可以多次再生利用，但是，質(zhì)量高的廢料一旦被重熔制作成低檔次合金以后就永遠(yuǎn)也無法再進(jìn)入高檔次合金了，鋁合金的再生是有遺傳性的。任何鋁合金都有自己的譜系，再生鋁企業(yè)對(duì)再生鋁的“血統(tǒng)”負(fù)有重要使命，千萬“手下留情”，不能只顧眼前的蠅頭小利而混淆了鋁合金的檔次分別。

質(zhì)量問題和產(chǎn)品開發(fā)一直是這些老專家苦苦思索的一個(gè)命題。時(shí)隔整整一年，2011年4月在廣州舉辦的中國再生鋁產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇暨第八屆再生鋁技術(shù)升級(jí)研修班的課堂上，熊儀先生帶著對(duì)A356合金的質(zhì)量問題和可行性問題的思考向大家講述了他的見解。對(duì)于技術(shù)問題，我們應(yīng)本著百家爭鳴的探討精神，讓大家共同商榷。 —編者

近期筆者先后接到鋁合金錠生產(chǎn)廠有關(guān)A356合金再生鋁生產(chǎn)的諸多咨詢，因?yàn)椤顿Y源再生》雜志曾先后刊登了有關(guān)汽車輪轂用A356合金的數(shù)篇文章，所以詢問用再生鋁生產(chǎn)A356合金的可能性？

早在三十年前，國內(nèi)引進(jìn)摩托車及汽車制造的初期，當(dāng)時(shí)走在前面的秦皇島戴卡、廣東南海的中南廠先后開始了A356合金汽車輪轂的試生產(chǎn)，緊接著南京浦口鋁輪轂廠及河北立中廠、山東大地公司等都陸續(xù)上馬，且大都引進(jìn)國外成套先進(jìn)設(shè)備，在此期間，國內(nèi)的摩托車輪轂生產(chǎn)也同時(shí)上馬，一時(shí)間全國上下形成了A356合金生產(chǎn)的繁榮場面。與純鋁一樣，各大鋁廠面臨這種形勢紛紛將A356合金錠的生產(chǎn)作為深加工項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)范生產(chǎn)，并在網(wǎng)上如純鋁一樣進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)銷售，大大促進(jìn)了全國汽車及摩托車輪轂的規(guī)?；a(chǎn)，直至前幾年，我國每年向歐美出口的輪轂就超過百萬只，形成了全國專業(yè)配件生產(chǎn)的支柱產(chǎn)業(yè)。

一、A356合金的來由

A356合金是美國鑄造鋁合金牌號(hào)，僅適用于重力鑄造生產(chǎn)，在美國MIL軍標(biāo)及ASTM標(biāo)準(zhǔn)中都列有，而且是美國少數(shù)幾個(gè)列為優(yōu)質(zhì)鑄件選材的重點(diǎn)材料之一，它的具體材料化學(xué)成分如表1。

表1 A356合金的化學(xué)成分表

上述化學(xué)成分中，MIL-21180(美國高強(qiáng)度鋁合金軍標(biāo))及ASTMB686(美國材料協(xié)會(huì)高強(qiáng)度鋁合金標(biāo)準(zhǔn))中的A356化學(xué)成分為驗(yàn)收鑄件的化學(xué)成分，也是工廠生產(chǎn)A356合金對(duì)鑄件的控制成分，而ASTMB179中的A356.2則是生產(chǎn)A356輪轂用的合金鑄錠成分，也是生產(chǎn)A356合金鑄件廠向合金鑄錠生產(chǎn)廠訂貨要求的化學(xué)成分，同時(shí)是鑄件生產(chǎn)廠對(duì)鑄錠復(fù)驗(yàn)的技術(shù)規(guī)范依據(jù)。在A356合金所屬的ASTMB686高強(qiáng)度鋁合金鑄件規(guī)范指出，其鑄件適用于航空飛行器構(gòu)件及導(dǎo)彈等高強(qiáng)度、高韌性和高致密性要求。之所以歐美許多國家都在降它用于汽車受力輪轂上（須知這是汽車行駛安全的關(guān)鍵），一則經(jīng)過多年軍品的嚴(yán)格考核，二則用鋁合金代替原沖壓的鋼制輪轂，鋁合金輪轂生產(chǎn)在技術(shù)上是先進(jìn)的，為汽車的輕量化作了鋪墊工作。

二、A356合金的工藝特點(diǎn)

Si是鋁合金能否具有高工藝性能(鑄造成型性好、收縮及熱裂傾向小)的關(guān)鍵元素，也是增加鑄件致密性的重要元素，但與此同時(shí)，Si的加入降低了氫在鋁液中的溶解度，所以Al-Si系最大弊端是在具有高工藝性能的同時(shí)，合金將會(huì)產(chǎn)生針孔等孔洞類缺陷。此外，A356合金中的Mg是熱處理強(qiáng)化的主要元素，但由于Mg的加入增大了合金的吸氫能力。研究表明，在658℃，氫在鎂中溶解度達(dá)到60.1立方厘米/100克鎂，比氫在鋁中的溶解度高近90倍，且形成的表面MgO膜疏松，使吸氫量進(jìn)一步增加，所以加鎂工序應(yīng)特別注意：一是要用鐘罩壓入，合金液面不冒鎂光，二是要注意隨熔煉時(shí)間的延長，Mg將燒損，所以Mg的加料次序、加料溫度及時(shí)間均需跟蹤，以確保材質(zhì)性能。

對(duì)于亞共晶的A356合金是否需要變質(zhì)，關(guān)鍵是看有無必要。變質(zhì)雖有一定好處，但增加了工序，增加燒損及熔煉周期。一般只要工藝控制得當(dāng)，性能就會(huì)合格，變質(zhì)對(duì)于亞共晶的A356合金不見得十分必要，但對(duì)于相對(duì)濕度超過80%的潮濕天氣條件下，加適量的TiB進(jìn)行細(xì)化處理對(duì)合金消除針孔有一定好處。

Mg是A356合金中的關(guān)鍵強(qiáng)化元素，它在合金中通過形成Mg2Si實(shí)現(xiàn)熱處理固溶強(qiáng)化，再通過人工時(shí)效實(shí)現(xiàn)時(shí)效硬化。一般A356合金的使用狀態(tài)為T5和T6(T5為固溶處理+不完全人工時(shí)效，T6為固溶處理+完全人工時(shí)效)。T5可以實(shí)現(xiàn)合金的強(qiáng)度和塑性兼顧，T6可以實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)度最大化而延伸率減小，關(guān)鍵看用戶和設(shè)計(jì)者鑄件應(yīng)用狀態(tài)。

有關(guān)鑄造鋁合金的固溶處理和人工時(shí)效具體規(guī)范在筆者主編的航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB5446都有明確規(guī)定，在這一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的基礎(chǔ)上，筆者后來又主編了國防工業(yè)通用的國軍標(biāo)GJB1695”鑄造鋁合金熱處理規(guī)范”，它們與美國目前通用的ASTMB597處理規(guī)范基本一致。

從ASTMB179的A356.2的規(guī)范可以看到，其對(duì)材質(zhì)要求是嚴(yán)格的，屬于高純度要求，要實(shí)現(xiàn)合金錠要求Fe＜0.12%，一般要采用純度＞99.9%的高純鋁配制，而非一般應(yīng)用的99.7%純度的鋁，以保證A356合金的雜質(zhì)含量不超標(biāo)，因?yàn)槌瑯?biāo)的雜質(zhì)直接影響合金的材質(zhì)及耐腐蝕性能。筆者早年在航空部航空材料研究所工作期間對(duì)有關(guān)雜質(zhì)對(duì)性能的影響作過較系統(tǒng)的研究，其中對(duì)Fe及低溶點(diǎn)雜質(zhì)對(duì)性能的線性影響印象頗深。

三、幾點(diǎn)值得討論的問題

1.A356合金能否采用再生鋁生產(chǎn)？

再生鋁的生產(chǎn)不能簡單的一概而論。筆者曾經(jīng)在工廠條件下對(duì)熱處理工序前產(chǎn)生的A356鑄件廢品回爐料曾用到60%，也就是說大部分可以回用，但遵循的原則是：Fe＜0.15%，但不存在低熔點(diǎn)雜質(zhì)，且有分析報(bào)告作依據(jù)。對(duì)于外來的廢舊輪轂要作具體分析：是否經(jīng)過鍍層處理、噴漆處理及其他表面處理？既要經(jīng)過認(rèn)真仔細(xì)的成分分析，特別是雜質(zhì)分析，也要視其輪轂表面質(zhì)量狀況，嵌件狀態(tài)等具體情況來綜合考慮。我們?cè)噲D從本廠生產(chǎn)的經(jīng)加工后的A356合金的機(jī)加工切屑回收利用，也未曾收到良好效果，最后仍然處理給壓鑄廠作回爐料。直至目前尚未看到有關(guān)A356輪轂采用再生鋁生產(chǎn)的文獻(xiàn)報(bào)道，但不等于以后不會(huì)改變，我們期望在鋁合金錠熔煉凈化和其他工藝方面有重大突破，解決這一難題。

2.A356合金應(yīng)用渠道的拓展與延伸。

由于A356合金的優(yōu)良工藝性能、高的力學(xué)性能及耐腐蝕性能，在國外己獲得廣泛應(yīng)用，歐美及日本等先進(jìn)工業(yè)國家都大量應(yīng)用。近幾年筆者先后在江蘇揚(yáng)州、湖南長沙以及河南鄭州等地拓展A356合金的應(yīng)用，主要是取代原設(shè)計(jì)用球墨鑄鐵的一些受力構(gòu)件，既有A356合金，又提高了一級(jí)采用了A357(國內(nèi)ZL114A)，它的力學(xué)性能更高，大都使用在電氣線路建設(shè)中的受力件，充分顯示了這類合金的高強(qiáng)、耐腐蝕及工藝性良好的特性，這些構(gòu)件都已在這些單位成功批生產(chǎn)，并出口到歐美及日本等地，在某些方面將這類合金鑄件水平得到提升。

3.A356合金是亞共晶鑄造鋁合金，僅適用于重力鑄造。

國內(nèi)外大都對(duì)汽車輪轂采用低壓鑄造成型，而摩托車輪轂形狀較為簡單，有的則采用金屬型澆鑄。無論是低壓鑄造還是金屬型鑄造，其鑄件均可以通過熱處理固溶強(qiáng)化。而現(xiàn)在作為汽車中用量最大的壓鑄鋁合金由于是高壓快速成型，鑄件充填過程中的氣體和夾雜難以及時(shí)排出，故除了真空壓鑄之外，現(xiàn)在一般的壓鑄件均無法進(jìn)行熱處理。因此，材質(zhì)力學(xué)性能提高和壓鑄材料的選擇都受到一定限制，也正因?yàn)槿绱?，再生鋁合金才在壓鑄鋁合金中獨(dú)稱老大。以上僅僅是筆者個(gè)人的一些見解，還希望聽到更多專家在實(shí)踐中的更多發(fā)現(xiàn)。