覆蓋劑對Al-7Si和A356合金品質之影響

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詹益鎮(Yi-Chen Tsan) 查詢紙本館藏

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機械工程學系

論文名稱

覆蓋劑對Al-7Si和A356合金品質之影響
(Effect of fluxing treatment on the quality of Al-7Si and A356 alloys)

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摘要(中)

本研究以Al-7Si、A356.2含鍶或不含鍶合金為實驗材料，使用石墨除氣棒進行除氣，並選用KCl、NaCl (44%-56%)及Na3AlF6、KCl、NaCl (30%-35% -35%)兩種混合物做為鋁合金熔煉時的覆蓋劑。分別備製有無添加覆蓋劑施予除氣處理的鋁合金冷激片、減壓片、船型水平模試棒。將冷激片拋光處理後，調查除氣與兩種覆蓋劑製程處理對於不同成份鋁合金的冷激片中微孔(介在物)數量、尺寸分布及超音波振蕩處理後，霧化區(氧化膜)分布型態、面積率的影響。接著觀察減壓片孔洞型態並探討介在物與鑄件中氣孔形成的關聯。最後將船型水平模試棒車削成標準疲勞試棒以比較兩種覆蓋劑處理後對鋁合金疲勞性質的相關影響。
實驗結果顯示：
@覆蓋劑處理可以有效降低冷激片上霧化區(氧化膜)面積率，使用氯化物鹽類效用較佳，氟-氯化物鹽類使氧化膜更加碎裂，但霧化區(氧化膜)面積率的降低幅度較氯化物鹽類來的少。
@鋁液中的氣泡可能由介在物表面異質成核、成長，若介在物表面附著氣袋，或鋁湯中存有懸浮微氣泡，這些位置將更利於氣體分子擴散進入，進而成長。
@覆蓋劑處理與除氣處理會增加微孔(介在物)數量，而使用氟-氯化物覆蓋劑可明顯降低Al-7Si合金中微孔(介在物)尺寸。
@氟-氯化物覆蓋劑使用於含鎂的鋁液時，可能導入微氣泡於鋁湯中，劣化鑄件機械性質。
@疲勞壽命因使用覆蓋劑處理而降低，以使用氟-氯化物覆蓋劑疲勞性質最差，原因為鑄件中縮孔面積比例增加。

摘要(英)

The alloys studied include Al-7Si alloys and A356.2 alloys with or without strontium. A lance type diffuser was used for degassing treatment. Two types of cover fluxes are used: (1) mixture of KCl and NaCl (44%-56%). (2) mixture of Na3AlF6, KCl and NaCl (30%-35%-35%).
This study is aimed at investigating effect of fluxing treatment on the pore count and foggy mark area of chilled samples in different aluminum melts. The chilled samples and reduced pressure test samples were polished and observed to analysis pore counts and their shape along with distribution.
Experimental results indicated that fluxing treatment resulted in increasing pore counts but decreasing pore size and foggy mark area. Fluorine added in the fluxes reacted with magnesium to get more micro bubbles. Micro bubble and inclusion attaching with air pocket suspend in the melt provide potential size for forming micro bubble traped in the samples and/or forming pores. All of these micro-bubble or pore (attaching air-pocket) deteriorated the quality of alloys and remarkably decreased their fatigue life.

關鍵字(中)

★ 石墨棒
★ 除氣處理
★ 覆蓋劑處理
★ 冰晶石
★ 微孔
★ 介在物

關鍵字(英)

★ fluxing treatment
★ micro bubble
★ pore
★ lance
★ degassing treatment
★ inclusion
★ cryolite

論文目次

總目錄
中文摘要-------------------------------------------------------------------i
英文摘要------------------------------------------------------------------ii
總目錄-------------------------------------------------------------------iii
表目錄--------------------------------------------------------------------vi
圖目錄-------------------------------------------------------------------vii
第一章前言----------------------------------------------------------------1
第二章文獻回顧------------------------------------------------------------2
2-1 鋁合金材料特性介紹-----------------------------------------------------2
2-1-1 鑄造用鋁合金的分類---------------------------------------------------2
2-1-2 純鋁（1ＸＸ.Ｘ）-----------------------------------------------------3
2-1-3 A356 (鋁—矽—鎂) 鋁合金材料介紹-------------------------------------3
2-1-4 鋁矽合金（4ＸＸ.Ｘ）-------------------------------------------------4
2-2 合金元素對鋁合金的影響-------------------------------------------------4
2-2-1 矽元素的影響-------------------------------------------------------4
2-2-2 鎂元素的影響-------------------------------------------------------5
2-2-3 磷元素的影響-------------------------------------------------------5
2-2-4 鈉元素的影響-------------------------------------------------------5
2-2-5 鍶元素的影響-------------------------------------------------------6
2-2-6 銻元素的影響-------------------------------------------------------7
2-2-7 鐵元素的影響-------------------------------------------------------7
2-2-8 影響熔湯表面張力的元素---------------------------------------------8
2-3 鋁－矽－鎂合金的調質機構和方法-----------------------------------------8
2-3-1 共晶矽成長機構-----------------------------------------------------8
2-3-2 調質作用及機構-----------------------------------------------------8
2-4 氣孔的形成------------------------------------------------------------10
2-5 助熔劑在融解鋁合金過程中的使用特性----------------------------------11
2-5-1 助熔劑的成份----------------------------------------------------11
2-5-2 助熔劑的分類----------------------------------------------------12
2-5-3 助熔劑的添加方法------------------------------------------------14
2-5-4 助熔劑的特性----------------------------------------------------15
2-5-5 使用助熔劑後對鋁湯內的雜質所產生的作用------------------------------15
2-5-6 鋁滴在熔融鹽中的界面行為和結合性--------------------------------16
2-5-7 氟化物鹽類和氯化物鹽類的差異及合成效果------------------------------18
2-6 除氣處理------------------------------------------------------------20
2-6-1 鋁合金中氫含量的主要來源和影響----------------------------------20
2-6-2 除氣的理論------------------------------------------------------21
2-6-3 除氣的方法------------------------------------------------------21
2-6-4 除氣的效率------------------------------------------------------21
2-6-5 鋁液中的除氣（除氫）用氣體--------------------------------------22
2-7 疲勞試驗--------------------------------------------------------------22
2-7-1 疲勞破壞--------------------------------------------------------22
2-7-2 疲勞應力分析----------------------------------------------------22
第三章實驗方法與步驟-----------------------------------------------------25
3-1 實驗材料------------------------------------------------------------25
3-2 試棒尺寸與模具規範--------------------------------------------------25
3-3 實驗設備------------------------------------------------------------25
3-4 實驗步驟------------------------------------------------------------26
第四章結果與討論---------------------------------------------------------30
4-1 冷激片氧化膜分析----------------------------------------------------30
4-1-0 除氣對氧化膜的影響----------------------------------------------30
4-1-1 不同成份覆蓋劑對鋁-矽合金氧化膜的影響------------------------------30
4-1-2 不同成份覆蓋劑對鋁-矽-鎂合金氧化膜的影響-----------------------31
4-2 鋁湯與介在物成分對氣孔成核、成長的影響--------------------------------33
4-2-1 鋁合金鑄件中氣孔的形成----------------------------------------------33
4-2-2 不同鋁合金成份中介在物成分與其表面裂縫(crevice)型態-----------------34
4-2-3 不同鋁合金成份中氣泡(bubble)在介在物表面裂縫(crevice)的成核與成長--35
4-2-4 氣泡的成長驅動力與脫離----------------------------------------------36
4-2-5 鋁湯中的懸浮氣泡----------------------------------------------------37
4-3 冷激片微孔(介在物)分析------------------------------------------------38
4-3-0 除氣對微孔(介在物)的影響--------------------------------------------38
4-3-1 不同成份覆蓋劑對鋁-矽合金微孔(介在物)的影響------------------------39
4-3-2 不同成份覆蓋劑對鋁-矽-鎂合金微孔(介在物)的影響---------------------39
4-3-3 不同成份覆蓋劑對冷激片微孔型態及數量的影響-------------------------40
4-3-4 不同成份覆蓋劑對冷激片中介在物成分與微孔成長的影響-----------------41
4-4 減壓片孔洞分析--------------------------------------------------------43
4-4-1 不同成份覆蓋劑對鋁-矽合金減壓片巨觀孔洞的影響----------------------44
4-4-2 不同成份覆蓋劑對鋁-矽-鎂合金減壓片巨觀孔洞的影響-------------------45
4-4-3 減壓片中孔洞形成機制------------------------------------------------46
4-5 覆蓋劑處理對疲勞性質的影響--------------------------------------------47
4-5-1 不同覆蓋劑處理後對鋁-矽-鎂合金疲勞性質的影響-----------------------47
4-5-2 疲勞破壞分析--------------------------------------------------------48
第五章結論--------------------------------------------------------------50
參考文獻------------------------------------------------------------------51
附錄1 各種處理下的冷激與減壓試片平均密度---------------------------------139
附錄2 各種處理下的相對孔洞率比較-----------------------------------------140
附錄3 各種處理下霧化區(氧化膜)面積率從爐頂到爐底的變化情形---------------141
附錄4 各種處理下微孔(介在物)數量從爐頂到爐底的變化情形-------------------142
附錄5 接觸角示意圖-------------------------------------------------------143

參考文獻

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指導教授

施登士(Teng-Shih Shih)

審核日期

2004-7-12

推文