文：袁晓东
重庆剑涛铝业有限公司
摘 要：用金相显微镜对再生铝硅系铸造铝合金进行材料组织结构的评估，有利于汽车零部件铸造企业的生产过程控制，从而使零部件产品得到可靠的品质保障。
关键词：再生铝；铸锭；金相组织
前言
随着汽车轻量化的发展，越来越多的零部件铸造企业使用再生铝企业供给的再生铝合金锭为原材料，在降低零部件加工成本的同时，有可能因为材料缺陷遗传的因素，给汽车零部件的质量埋下一些产品缺陷与隐患。零部件制造企业普遍在模具及加工方面比较专业，然而对于再生铝合金材料的认识还存在差距。加之，再生铝在我国起步较晚，再生铝合金材料供应企业的技术力量和专业程度参差不齐，这类企业的技术骨干及技术工人大多数为摩托车零部件铸造用铝供应企业转型过来，由于摩托车零部件的要求低，在客观上形成了再生铝合金原材料粗放型的加工模式和非标准化的操作流程，工艺技术十分落后只是完成一个将固态变液态，再由液态变固态的过程。对再生铝合金原材料品质也仅仅依据成分要求来评定是否合格，这在根本上完全忽略了再生铝合金材料属性。
目前，再生铝合金原材料企业所沿用的技术标准、检验标准及工艺流程几乎都停留在中等强度的压铸件上，对各种铸造企业及零部件使用性能的要求知之甚少。上下游企业在材料认知与标准方面的信息完全不对称甚至严重错位，其结果就会导致下游零部件企业给上游材料企业提出的技术标准偏离了零部件性能对材料的要求。作者在长期的生产实践中发现，大量的下游零部件铸造企业对再生铝合金材料是陌生的，在对材料的认知上，唯成分、轻组织的现象普遍存在，以成分作为再生铝合金铸锭的验收标准，上游企业以成分作为交货依据，下游企业以成分作为收货门槛。
大家对再生铝合金铸锭在材料生产过程中的“四化”即：完全合金化，细化、均匀化、熔体净化，和材料的冶金性能及遗传等方面缺乏认识，经常发生且让压铸企业长期感到困惑和头痛的，就是再生铝合金铸锭的合金成分符合压铸企业提出的要求，合金锭断口看起来也还可以，本企业的压铸工艺也没改变，模具也没改变，但是压出来的零件出现发脆、裂纹等等缺陷，换一批材料又好了，他们十分不解这是为什么？他们很困惑为什么都没有问题却有问题。
笔者近年来常常到压铸企业解决问题，十分清楚上下游企业间扯皮的根源在哪里，本篇将围绕汽车的发动机机体、缸盖、活塞、端盖、支架、阀体、歧管、变速器壳体及方向盘等典型铝合金零部件对铝硅系合金材料的要求进行简述，举一反三，仅供参考。
1 发动机机体
汽车发动机机体分上缸体(缸盖)和下缸体，铸造形式大致分为压铸、低压铸造、重力铸造，上缸体(缸盖)和下缸体均采用铝合金铸造的以日系车最为常见，但也有上缸体采用铸铁材质的。
铝合金铸锭的使用牌号世界各国代码都不相同，经常使用和常见的主要牌号有美国的A390、390、ASM380 等，有日本的 AC2B、AC2B、ADC10 等，有中国的 ZL104、ZL106 等，有法国的 ALSi9Cu3 ， 有 德 国 的 ALSi8CuNiMg 、ALSi12Cu 等。
汽车的铝合金零件不是要求单一的强度或者单一的塑性，它需要的是强度与塑性相结合的综合性能，要求有较低的热膨胀率与较好的耐磨性。如果铝合金零部件有后期热处理要求的，还需要对铝合金铸锭中钙，钛，合金元素含量及渣含量提出特殊要求，在技术要求中还要明确杂质含量和是否变质处理，以免发生杂质过多和因锶变质处理导致的表面色斑及气密性不良等材料缺陷。成分不是造成零部件产品缺陷的唯一因素，材料的组织结构才是关键。下游企业的要求不明确，对上游企业的来说也是不公平的。
图 2~8列举出不同牌号的组织结构图例，要避免缺陷，材料需要符合以下组织结构要求。
以下组织缺陷应限制为；
图 4 ALFeMn 相小于 200 微米 图 5 ALFeMnSi 相小于 200 微米
图 6 硅铜结块小于 50 微米 图 7 大面积含气缺陷，针孔度小于 2 级
2 缸盖
汽缸盖是发动机零部件的第二大件，零件比较复杂，技术要求较高，普遍采用重力铸造或低压铸造，主要使用牌号有 A356、AC2A、ALSi6Cu4、ALSi7Mg、ZL106、ZL107 等等。要求零件具有较高的耐热性，耐冲击性和疲劳强度等综合性能，对合金铸锭材料要求具有良好的抗拉强度及屈服强度等综合物理性能，对材料针孔度，晶粒度及变质处理方面，应符合图 10-11 组织结构图的要求。
图 10 101A 显微组织图 图 11 107 显微组织图
任何材料的组织结构都或多或少地存在着一些缺陷，只是应根据零部件的要求将材料的缺陷控制在相应的范围以内，使其满足零部件性能要求，图 12-15 为限制材料组织缺陷的图：
图 12 初生硅尺寸小于 50 微米 图 13 铝硅铁相，针状铁小于 90 微米
图 14 平均晶粒度大于 7 级 图 15 针孔度小于 2 级
3 活塞
根据材料的冶金性能和加工性，一般共晶合金材料较多，但也有要求膨胀系数小的产品使用过共晶合金材料的。活塞零件的铸锭牌号主要有ALSi12CuMgNi 、ZL109、ALSiCu1、AC8A 等，对活塞零件有高强度和韧性，耐热和耐冲击性的综合性能要求，合金元素的主要特点是含镍，一般 大 于 1% 。以 图 17~20 例 为 ZL109 、ALSi12CuMgNi 显微组织及相应控制要求图：
图 16 活塞
图 17 ZL109 显微组织图 图 18 ALSi12CuMgNi 显微组织图
图 19 初生硅尺寸小于 50 微米 图 20 铸锭含渣量小于 2%
4 端盖、支架、阀体、歧管
图 21 图 22
端盖、支架、阀体、歧管等铝合金零部件，主要使用的材料牌号有 ADC12 、ADC10、ALSi12Cu、ZL102、ZLD101 等，这类零部件要求铝合金铸锭材料具有强度与韧性相结合的综合性能。图 23-24 为 ADC12、ZLD101 显微组织及缺陷限制图例：
图 25~26 为应限制缺陷：
图 25 含渣量小于 1.5% 图 26 铸锭缩孔小于横断面三分之一
5 变速器壳体
变速器壳体主要使用的铝合金铸锭材料的牌号有：ADC12、ADC10、 390、ZL102、G-ALSi10、1016 等。
图28~31为显微组织及含所含渣缺陷图例：
图 28 G-ALSi10 显微组织图 图 29 1016 显微组织图
6 方向盘
图 32 方向盘
方向盘一般使用的铝合金铸锭材料的牌号有；ADT6、ALMg2Mn 等，对于方向盘的性能要求有好的耐冲击性和强度以及耐腐蚀性，这类铝合金材料一般为固溶强化。
图 33~34 为显微组织图例：
以上只是部分典型材料的金相图片，各企业应根据自己产品的用途要求，就材料组织、密度、性能等方面合理地提出符合自己产品综合性能的技术要求，以使再生铝合金铸锭更好的满足零部件的使用功能，只要再生铝合金铸锭材料符合零部件产品的性能要求，零部件产品出现质量问题就需要从自身寻找原因，比如回头料控制比例问题等等。解决了唯成分、轻组织的问题，也就解决上下游企业间为零部件产品质量公说公有理，婆说婆有理的矛盾，使企业避免浪费诸如返工、退货等多出来的、不必要的成本，同时也为国产乘用车轻量化零部件制造上台阶走出一条正确的道路。
