铸造铝合金及阅读报告

一、铝发展及意义

纯铝具有优良的导电、导热、抗腐蚀性能好，尤其是铝合金密度小、力学性能好，因此广泛的应用于交通、机械、化工、建筑等行业。铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。铸造铝合金的熔炼，浇铸温度较低，熔化潜热大，流动性能好，特别适用于金属型铸造、压铸、挤压铸造等，获得尺寸精度高、表面光洁、内在质量好的薄壁、复杂铸件。因此，特种铝铸件的比例高是工业先进国家的衡量标准。铝合金的分类

本文档共69页；当前第1页；编辑于星期一\4点56分二、四大铝合金的成分、组织、性能一、铝硅合金的成分、组织、性能铝硅二元合金具有简单的共晶型相图,共晶成分在Si12.6%,亚共晶成分在Si1.65%,共晶成分为α（AL）和β（Si)两种相，亚共晶合金组织由α（AL）+共晶体（α+β），过共晶体由β（Si)+共晶体（α+β）。由于结晶硅带入微量磷使亚共晶合金中出现初晶硅，并使共晶硅形成粗大的斑片状。由Al-Si二元相图，含Si16%-18%处有流动峰值。

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共晶成分在Si12.6%处，亚共晶合金的组织由α(A1)+共晶体(α+β)所组成，过共晶合金的组织由β(Si)+共晶体(α+β)所组成。由于结晶硅带入微量磷，即使10ppm的磷生成AlP就足以使Si9%的亚共晶合金中出现初晶硅，并使共晶硅形成粗大的板片状。随硅量的增加，结晶温度区间变小，共晶体增加，流动性随之提高，见图12-2。硅的收缩率很小，合金的线收缩率也随之降低，热裂倾向相应减少;硅的结晶潜热大，直至Si20%处，流动性仍比共晶成分的合金高。从图12-2可见，含Si16%-18%处有流动性的峰值。

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共晶型Al-Si二元合金铸造性能优良，但力学性能不高，故只能用于压铸、挤压铸造等高速冷却的铸造方法；对于低速冷却的铸造方法必须进行变质处理，细化共晶硅，以获得足够的力学性能。铝与共晶硅的切削性能不好，除了进行变质处理，细化共晶硅、初晶硅，还可加入铋、铅等易切削元素。对于砂型铸造，石膏型铸造等冷却速度慢的铸造方法，必须进行变质处理，细化共晶硅，以获得足够的力学性能。图12-3为含硅量和变质处理对Al-Si二元合金力学性能的影响。Al-Si二元合金代表是ZL102合金，成分为Si10%-13%，金相组织为α（AL）+共晶体（α+β）及少量初晶硅。性能特点：1、热处理强化效果小，力学性能不高2、铸造性能优良3、耐磨性、抗腐性、耐热性好

4、必须进行变质处理，提高力学性能

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细化共晶硅的变质处理不能同时细化初晶硅，对于有大量初晶硅的过共晶合金，必须采用加磷细化初晶硅，提高力学性能。含硅量对Al-Si二元合金耐磨、耐蚀、线膨胀系数等的影响见图12-4，对密度、电导率的影响见图12-5，随硅量的增加，磨损量、腐蚀量、线膨胀系数、密度、电导率均直线下降。

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铝的塑性大，切削时需消耗很大的功，随硅量增加，共晶体增多，切削功可减小，但共晶硅硬度高，易磨损刀具，尤其是有粗大初晶硅的过共晶合金，刀具磨损更严重，被加工的表面很毛糙。为改善切削加工性能，除进行相应的变质处理，细化共晶硅、初晶硅外，可加入铋、铅等易切削元素;对过共晶合金可采用镶嵌钻石刀具，选择最佳切削速度和合适的切削液等，也能获得光洁的加工表面。综上所述，为了兼顾合金的各种服役性能和工艺性能，铝硅类合金的含硅量一般为7%-12%。本文档共69页；当前第6页；编辑于星期一\4点56分化学成分和性能表本文档共69页；当前第7页；编辑于星期一\4点56分活塞合金

活塞是发动机中传递能量的一个非常重要的构件。对活塞的要求是：密度小，质量小，导热性好，热膨胀系数小，有足够的高温强度，耐磨、耐蚀、尺寸稳定性好。活塞的批量大，要求制作工艺筒单。成本低廉。目前使用的是铝硅共晶合金类及铝硅过共晶合金类。（一）ZAlSi12Cu2Mg合金ZAlSi12Cu2Mg合金代号ZL108，成分：Si11%13%,Cu1.0%-2.0%,Mg0.4%-1.0%,Mn0.3%-0.9%,其余为铝。变质方法：传统钠盐变质，加磷细化处理或磷、钠综合处理。在ZL108基础上加Ni0.8%-1.5%s是ZL109，高温性能更好，但价格高，因此只作重要活塞。（二）过共晶铝活塞过共晶铝活塞的含硅量高达17%-26%，热膨胀系数很低，国外已广泛用于活塞生产。随着高功率及增压内燃机的出现，我国也已开始应用，加入铜和镁能强化合金，但铜和镁应控制在2%左右，过多会使合金变脆。加镍能提高热稳定性，加入稀土能生成Al8Cu4Ce、Al24Cu8Ce3Mn等热强相，还能细化晶粒，配合加磷能得到初晶硅、共晶硅都细化的组织。图12-18b为加磷后的组织。这种合金在300℃时的高温强度和200℃时的线膨胀系数等性能指标均优于德国同类合金KS280，见表12-5。

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铝硅合金中加入镁后的组织可按Al-Mg2Si-Si伪三元相图分析，见图12-13。A1-Si-Mg系合金固溶处理，Mg2Si固溶入α(Al)中，人工时效后，Mg2Si呈弥散相析出，使α(A1)的结晶点阵发生畸变，强化合金，力学性能大幅度提高。从图12-13可知，Al-Mg2Si-Si的三元共晶点ET1，的温度为559℃，固溶处理的温度原本可以接近550℃左右，但由于工业合金中杂质的影响及非平衡结晶，ET1会下降，再考虑热处理炉温不均匀及测温仪表的误差。国标中规定固溶处理的温度为535℃±5℃。

Al-Si-Mg系合金本文档共69页；当前第9页；编辑于星期一\4点56分

Al-Si-Cu-Mg系合金在Al-Si合金中同时加入镁和铜，除α(Al)、Si、Mg2Si、CuAl2外，还出现四元W(AlxMg5Cu4Si4)，见图12-17。W相的热处理强化效果最好，Mg2Si次之，热强性则以CuAl2最好。铜和镁的总量低，则强化效果差，总量过高时塑性下降，最佳总量为1.5%-2.0%,Cu:Mg≈2.5Al-Si-Cu系合金图12-16是Al-Si-Cu三元相图等温溶解度图，存在的相有:α(Al)，二元共晶(α+Si)和(α+Al2Cu)，三元共晶(α+Si+Al2Cu)，三元共晶的温度为524℃，含有Cu4.9%，Si1.1%。随温度下降，Cu、Si的溶解度下降，300℃时，两者的溶解度趋于零。

本文档共69页；当前第10页；编辑于星期一\4点56分铝硅类合金中的杂质

铝硅类合金中常见的杂质是铁，其它还有锡、铅、钙等。(一)铁铁在Al-Si合金中以βSi(Ai9Fe2Si2)形式出现，既硬又脆，呈粗大片状，冷速越小，组织越粗大，削弱铝基体，使合金变脆，破坏铝铸件表面氧化膜的连续性，降低合金的耐蚀性，不能进行表面阳极氧化。图12-21为ZL102中的针状βSi

图1-2512%Si。杂质铁的来源为炉料、坩埚及熔炼工具。防止渗铁的有效途径有:控制炉料中含铁量，采用等级较高的铝锭；在坩埚、工具上涂覆涂料；铝液避免在铁质坩埚中长期保温、跑温。

为消除βSi的有害作用，可在合金中加入锰、铬、钴、钼等能改变βSi形态，形成块状或骨架状复杂化合物的元素。可按的比例加锰，形成块状AlSiMnFe，从面削弱铁的有害作用。加入Be0.05%-0.1%，βSi转化为点状Al5BeFeSi，可消除脆性，但铍的价贵，铍蒸气有毒，宜慎重使用。含铁量超过2.0%的回炉料一般作废铝处理或给压铸厂回用。砂型铸造时，杂质铁应控制在0.3%以下。随着冷速的加大，

βSi随之细化，可适当放宽铁量的限制。压铸时，冷速极高，为提高铸件的脱模性，铁量过低反而不利，可提高到1.2%。

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(二)磷

Al-Si合金中常含有微量磷，当其含量高于10ppm时，对合金组织即产生影响。首先，磷与残存的钠反应[见式(12-1）]，使变质失效；其次，磷在α(Al)、βSi中的分配系数极小，富集在βSi表面，封锁了产生小角度分枝的台阶，抑制了βSi的小角度分枝，使βSi只能按晶体学要求以大角度分枝形式长大，从而引起组织粗化。如果炉料管理不善，磷处理的炉料和钠变质的炉料相混，将造成铸件的成批报废。

3Na+AlP→Na3P+Al（12-1）

(三)锡、铅、钙锡和铅是从炉料中带入的，它们和铝、硅形成低熔点共晶体，热处理时引起过烧，其含量控制在0.01%以下。但在过共晶活塞合金中，锡和铅是有益元素，能改善合金的切削性能。钙是从结晶硅中带入的，对共晶硅有一定的变质作用，但在铝液内生成硅化钙、磷化钙等高熔点化合物，降低合金的流动性，铸件易形成缩松。这些化合物硬而脆，使合金变脆。钙的限制含量为0.03%。本文档共69页；当前第13页；编辑于星期一\4点56分Fe、Mg及冷却对材料性能的影响本文档共69页；当前第14页；编辑于星期一\4点56分本文档共69页；当前第15页；编辑于星期一\4点56分

含锡杂质显微组织本文档共69页；当前第16页；编辑于星期一\4点56分二、铝铜二元合金的成分、组织、性能铝铜二元合金在548℃，高于Cu5.0%时出现α（AL）+θ(CuAl2)离异共晶体代表合金由ZAlCu10代号ZL202，Cu9.0%-11.0%铸态组织α（AL）+[α（AL）+θ(CuAl2)]l离异共晶体。组织相图如右图所示性能特点：1、熔炼工艺简单，有一定量的共晶体2、铸造性能尚可，但不能固溶强化3、铸态使用，力学性能不高另一代表合金ZAlCu4，代ZL203，Cu4.0%-5.0%铸态组织α（AL）及少量CuAl2组成，α（AL）有严重内偏析。性能特点：

1、合金熔炼工艺简单2、经固溶处理、人工时效后，力学性能大幅度提高，α（AL）晶内偏析消除，但铸造性能差

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三、铝镁二元合金的成分、组织、性能铝镁二元合金451℃，镁在α（AL）中的溶解度达14.9%，但在铸造条件下非平衡结晶时，因冷却速度不一样，在镁含量大于9%时，组织中出现离异共晶体α（AL）+β（Al3Mg2）。固溶处理后力学性能提高大。含镁量12%有强度峰值，伸长率在10%左右，故铝镁合金镁量不能超过11%代表合金ZAlMg10,代号ZL301，成分Mg9.5%-11%，铸态组织α（AL）+离异共晶体Al3Mg2组成性能特点：1、密度小，比强度比其余铸铝高，抗腐性高，铸造性能尚好

2、熔炼时必须在熔剂的保护下熔炼，熔炼工艺复杂3、在室温下长期工作也会发生时效，力学性能下降，合金老化，抗腐性能下降

4、切削性能好本文档共69页；当前第18页；编辑于星期一\4点56分

四、铝锌二元合金的成分、组织、性能当温度在275-353℃时，在锌量为31.6%-77.7%的合金中将发生调幅分解α→α1+α2α1为富铝相，α2为富锌相，两者都是面心立方体结构，并具完全共格关系。当温度下降到275℃一下时，继续分解α1+α2→α（AL）+β（Zn）性能特点：热强性很低，耐腐蚀性能低，实用价值低

本文档共69页；当前第19页；编辑于星期一\4点56分三、铝合金铸造性能铸造性能是一个综合概念，其中对铸件质量影响最大的是流动性和收缩率。硅的融化潜热大，是硅铝类合金的主要元素，且含量在共晶成分附近，因此，铝硅合金的流动性最好。铜镁锌类铝合金的流动性都不如铝硅合金。当合金元素含量相同时，合金元素体收缩率越大，则合金的体收缩率越大，铸件中缩孔、缩松的体积也越大。同理，当合金元素含量相同时，他们的线膨胀系数越大，则合金的线膨胀系数越大，线收缩率也越大，铸件越容易产生裂纹、变形、翘曲等缺陷。热烈倾向也是一项重要铸造性能指标。影响热烈倾向的因素有：线收缩率，结晶温度范围，共晶体数量，合金的高温强度及低熔点杂志元素含量。本文档共69页；当前第20页；编辑于星期一\4点56分Al-Si类合金的铸造性能及有关数据本文档共69页；当前第21页；编辑于星期一\4点56分铝铸件的热处理 一、热处理目的：提高铝铸件的综合力学性能消除偏析和针状组织改善组织和性能稳定铝铸件的组织和尺寸消除铸造应力二、热处理常用规范1.人工时效T1对有”自动淬火“效应的合金，常采用T1，使过饱和相沉淀，提高金属力学性能。2.退火T2消除铸造内应力及切削加工引起的切削应力，提高零件尺寸稳定性，使铝硅类合金中的共晶硅球化，提高合金塑性。3.固溶处理T4固溶处理提高合金的强度和塑性，对铝镁合金使最终热处理工序，对需进行人工时效的，进一步提高合金抗拉强度的合金是热处理前期工序4.固溶处理后不完全人工时效T55.固溶处理货完全人工时效T66.固溶处理后稳定化回火T7固溶处理后，在比人工时效稍高的温度下保温，使部分强化相脱溶，称稳定化回火，适用于在较高温度下工作的零件，能使组织和尺寸稳定，尚保留一定的抗拉强度。本文档共69页；当前第22页；编辑于星期一\4点56分

7.固溶处理后软化回火T8固溶处理后比T7更高的温度下保温，使固溶体脱溶分解，强化相聚集球化，牺牲合金强度提高塑性。8.铸造淬火9.等温淬火等温淬火在不降低力学性能的同时，可减少淬火引起的变形，还能缩短生产周期10.循环处理经过多次加热至350℃左右然后冷却，在190-150℃进行循环处理，可使铸件体积更加稳定。三、热处理常见缺陷及其防止1、力学性能不合格强度、硬度过高而塑性不合格，或者强度、塑性指标都不合格等固溶温度偏低或保温时间不足。液淬时冷却速度不够。铸件从出炉到淬火槽的转移时间过长人工时效温度过低或保温时间不够以上原因造成的力学性能不合格的，可以从新热处理，但不得超过3次，重复处理时间相应缩短。2、过烧避免过烧的措施：

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使用可靠、准确的控温仪表，操作小心。用空气循环式电炉，炉膛内温度均匀，温差不超过热处理工艺参数规定的温度范围。对壁厚不均匀，形状复杂或大型铸件应缓慢升温加热。3、变形和开裂防止变形和开裂的措施：从严控制炉内升温速度。根据铸件的形状，设计、制造成型夹具，或淬火时选择正确的落水方向，尽量使铸件各部分均匀冷却减少变形量。选择合适的加热炉4、表面腐蚀防止措施：加大淬火时的冷却速度。从炉内到淬火槽的转移时间要短。淬火介质温度不得高于工艺参数的规定。本文档共69页；当前第24页；编辑于星期一\4点56分铸造铝合金的熔炼熔炼工艺师是铸件生产过程中的一个有机组成，一个优质铝铸件的获得，需要有一套优化的铸造方法、铸造工艺、熔炼工艺及浇注工艺相配合。熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序。严格控制熔炼温度和时间、实现快速熔炼，效果显著地铝液净化处理和变质处理及掌握可靠的铝液前质量检测手段等。熔炼工艺过程控制的目的是获得高质量的能满足下列要求的铝液：化学成分符合国家标准，合金液成分均匀合金液纯净、气体、氧化夹杂、熔剂夹杂含量低需要变质处理的合金液，变质良好。本文档共69页；当前第25页；编辑于星期一\4点56分工艺流程本文档共69页；当前第26页；编辑于星期一\4点56分炉体简图本文档共69页；当前第27页；编辑于星期一\4点56分目前行业内常用的干床式连续熔解炉本文档共69页；当前第28页；编辑于星期一\4点56分本文档共69页；当前第29页；编辑于星期一\4点56分其它设备本文档共69页；当前第30页；编辑于星期一\4点56分电磁搅拌由于电磁搅拌缩短了整体温度均匀时间，降低了金属液面的温度，由于在搅拌时基本不破坏熔体表面氧化层，从而可减少熔体的氧化损失。在不打开炉门的条件下搅拌，可抑制炉内的热量散失，可缩短熔炼时间，同时提高熔炼效率。－参考相关资料－电磁搅拌效果和录像本文档共69页；当前第31页；编辑于星期一\4点56分铝合金熔炼对于熔炉的要求及比较非铁合金熔炼过程中的突出问题：元素容易氧化；合金易吸气。为获得含气量低，夹杂物少，化学成份均匀而合格的高质量合金液及优质高产低耗的生产，对熔炼炉基本要求：1.熔化速度快、时间短，烧损、吸气少。；2、熔体表面积与熔体深度比尽可能小。3、熔池内温度均匀并易于控制；4、热效率高，燃料、电能消耗低，炉衬寿命长。5、工艺操作方便，装料及熔炼的所有工序尽可能采用机械化、自动化，劳动卫生条件好。；6、炉体的化学稳定性及各方面能保证所要求的熔体质量。本文档共69页；当前第32页；编辑于星期一\4点56分

熔炉分类及优、缺点：1、火焰反射炉或称倒焰炉：火焰与铝液直接接触，依靠强烈热辐射及对流传导的热作用。与空气接触面积大，损失热量多，温度不易均匀，深度一般450mm，燃料有天然气、重油、煤气、柴油。优点是成本低产量高，燃料种类都容量大在严格遵守熔炼、精炼及转注工艺条件下可得到满意的铸锭质量。缺点是熔池液表面积大烧损大，吸气量大，热效率低，噪声大，污染大。2感应炉：依靠感应电流使合金发热而熔化，受电磁力及热对流作用形成涡流使合金受热均匀，温度、成份均匀，熔化快，氧化烧损小，吸气少（炉气中可溶性气体含量低）易于控温，设备周围温度低，烟尘、噪声小，工作条件好。缺点是由于熔体易于过热而晶粒粗大，设备造价高，能源成本高。3、电阻反射炉：通过电热体发生热量，适合做保温炉。可熔炼的金属质量高，工作环境好，缺点是容量小，生产率低。本文档共69页；当前第33页；编辑于星期一\4点56分铸造铝合金的精炼精炼的目的在于清除铝液中的气体和各类有害杂质，净化铝液，防止在铸件中形成气孔和夹渣。一、铝铸件中气体形态及对铸件性能的影响1、针孔点状针孔网状针孔混合型针孔针孔可按国家标准分等级，等级越差，则铸件的力学性能越低，其抗蚀性能和表面质量越差，其中网状针孔割裂合金基体，危害性比点状针孔大。2、皮下气孔3、单个大气孔（皮下气孔和单个大气孔均与铝液纯净度铝液质量无关）本文档共69页；当前第34页；编辑于星期一\4点56分铸造铝合金的缺陷及分析一氧化夹渣缺陷特征：氧化夹渣多分布在铸件的上表面，在铸型不通气的转角部位。断口多呈灰白色或黄色，经x光透视或在机械加工时发现，也可在碱洗、酸洗或阳极化时发现产生原因：

1．炉料不清洁，回炉料使用量过多

2.浇注系统设计不良

3．合金液中的熔渣未清除干净

4．浇注操作不当，带入夹渣

5.精炼变质处理后静置时间不够防止方法：

1．炉料应经过吹砂，回炉料的使用量适当降低

2．改进浇注系统设计，提高其挡渣能力

3.采用适当的熔剂去渣

4．浇注时应当平稳并应注意挡渣

5．精炼后浇注前合金液应静置一定时间本文档共69页；当前第35页；编辑于星期一\4点56分

二气孔气泡缺陷特征：三铸件壁内气孔一般呈圆形或椭圆形，具有光滑的表面，一般是发亮的氧化皮，有时呈油黄色。表面气孔、气泡可通过喷砂发现，内部气孔气泡可通过X光透视或机械加工发现气孔气泡在X光底片上呈黑色。产生原因：

1．浇注合金不平稳，卷入气体

2．型(芯)砂中混入有机杂质(如煤屑、草根马粪等)

3．铸型和砂芯通气不良

4．冷铁表面有缩孔

5．浇注系统设计不良防止方法：

1．正确掌握浇注速度，避免卷入气体。

2．型(芯)砂中不得混入有机杂质以减少造型材料的发气量

3．改善(芯)砂的排气能力

4．正确选用及处理冷铁5．改进浇注系统设计本文档共69页；当前第36页；编辑于星期一\4点56分

三缩松缺陷特征：铝铸件缩松一般产生在内浇道附近飞冒口根部厚大部位、壁的厚薄转接处和具有大平面的薄壁处。在铸态时断口为灰色，浅黄色经热处理后为灰白浅黄或灰黑色在x光底片上呈云雾状严重的呈丝状缩松可通过X光、荧光低倍断口等检查方法发现。产生原因：

1．冒口补缩作用差

2．炉料含气量太多

3．内浇道附近过热

4．砂型水分过多，砂芯未烘干

5．合金晶粒粗大

6．铸件在铸型中的位置不当

7．浇注温度过高，浇注速度太快防止方法：

1．从冒口补浇金属液，改进冒口设计

2．炉料应清洁无腐蚀

3．铸件缩松处设置冒口，安放冷铁或冷铁与冒口联用

4．控制型砂水分，和砂芯干燥

5．采取细化品粒的措施

6．改进铸件在铸型中的位置降低浇注温度和浇注速度本文档共69页；当前第37页；编辑于星期一\4点56分

四裂纹缺陷特征:

1．铸造裂纹。沿晶界发展，常伴有偏析，是一种在较高温度下形成的裂纹在体积收缩较大的合金和形状较复杂的铸件容易出现

2．热处理裂纹：由于热处理过烧或过热引起，常呈穿晶裂纹。常在产生应力和热膨张系数较大的合金冷却过剧。或存在其他冶金缺陷时产生产生原因：

1．铸件结构设计不合理，有尖角，壁的厚薄变化过于悬殊

2．砂型(芯)退让性不良

3．铸型局部过热

4．浇注温度过高

5．自铸型中取出铸件过早

6．热处理过热或过烧，冷却速度过激防止方法:

1．改进铸件结构设计，避免尖角，壁厚力求均匀，圆滑过渡

2．采取增大砂型(芯)退让性的措施

3．保证铸件各部分同时凝固或顺序凝固，改进浇注系统设计

4．适当降低浇注温度

5．控制铸型冷却出型时间

6．铸件变形时采用热校正法

7．正确控制热处理温度，降低淬火冷却速度本文档共69页；当前第38页；编辑于星期一\4点56分

气孔分析压铸件缺陷中，出现最多的是气孔。气孔特征。有光滑的表面，形状是圆形或椭圆形。表现形式可以在铸件表面、或皮下针孔、也可能在铸件内部。（1）气体来源

1）合金液析出气体—a与原材料有关b与熔炼工艺有关

2）压铸过程中卷入气体¬—a与压铸工艺参数有关b与模具结构有关

3）脱模剂分解产生气体¬—a与涂料本身特性有关b与喷涂工艺有关（2）原材料及熔炼过程产生气体分析铝液中的气体主要是氢，约占了气体总量的85%。熔炼温度越高，氢在铝液中溶解度越高，但在固态铝中溶解度非常低，因此在凝固过程中，氢析出形成气孔。氢的来源：

1）大气中水蒸气，金属液从潮湿空气中吸氢。

2）原材料本身含氢量，合金锭表面潮湿，回炉料脏，油污。

3）工具、熔剂潮湿。

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（3）压铸过程产生气体分析由于压室、浇注系统、型腔均与大气相通，而金属液是以高压、高速充填，如果不能实现有序、平稳的流动状态，金属液产生涡流，会把气体卷进去。压铸工艺制定需考虑以下问题：1）金属液在浇注系统内能否干净、平稳地流动，不会产生分离和涡流。2）有没有尖角区或死亡区存在？3）浇注系统是否有截面积的变化？4）排气槽、溢流槽位置是否正确？是否够大？是否会被堵住？气体能否有效、顺畅排出？应用计算机模拟充填过程，就是为了分析以上现象，以作判断来选择合理的工艺参数。

（4）涂料产生气体分析涂料性能：如发气量大对铸件气孔率有直接影响。喷涂工艺：使用量过多，造成气体挥发量大，冲头润滑剂太多，或被烧焦，都是气体的来源。（5）解决压铸件气孔的办法先分析出是什么原因导致的气孔，再来取相应的措施。1）干燥、干净的合金料。2）控制熔炼温度，避免过热，进行除气处理。3）合理选择压铸工艺参数，特别是压射速度。调整高速切换起点。4）顺序填充有利于型腔气体排出，直浇道和横浇道有足够的长度（>50mm），以利于合金液平稳流动和气体有机会排出。可改变浇口厚度、浇口方向、在形成气孔的位置设置溢流槽、排气槽。溢流品截面积总和不能小于内浇口截面积总和的60%，否则排渣效果差。5）选择性能好的涂料及控制喷涂量。本文档共69页；当前第40页；编辑于星期一\4点56分

3.稀土对铝硅合金的变质作用铸造Al－Si合金中Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，它严重割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而需要将它改变成有利的形态。变质处理使共晶Si由粗大的片状变成细小纤维状或层片状，从而提高合金性能。迄今已发现，碱金属中的K、Na，碱土金属中的Ca、Sr，稀土元素Eu、La、Ce和混合稀土，氮族元素Sb、Bi，氧族元素S、Te等均具有变质作用。在Al－Si合金中，添加铝稀土中间合金或稀土氯化物和氟化物，可使共晶Si相由片条状变成球粒状。不同稀土的变质能力不同，大体上随着原子半径由大变小，变质能力由强变弱。稀土变质剂具有很好的长效性和重熔稳定性，吸气倾向小，无污染、加入工艺简便、无腐蚀作用。研究结果表明，含La为0.056%变质后的合金，重熔10次，每次取样进行金相检验，发现最终仍有变质效果，La的最终浓度仍有0.035%，仍处于最佳变质范围之内。0.3%混合稀土变质合金，重熔5次，发现最终仍有良好变质效果。变质工艺直接影响着稀土的变质效果。对Al－Si合金，获得稳定变质组织的关键是减少稀土的烧损，并防止稀土的偏聚，使稀土迅速均匀地扩散到铝液中。稀土变质有一潜伏期，即必须在高温下保持一定时间，稀土才能发挥最大变质作用。本文档共69页；当前第41页；编辑于星期一\4点56分解决铸造铝合金缺陷的措施1、设备调整由于每一种缺陷的产生原因来自多个不同的影响因素，因此在实际生产中要解决问题，面对众多原因到底是非功过先调机？还是先换料？或先修改模具？建议按难易程度，先简后复杂去处理，其次序：

1）清理分型面，清理型腔，清理顶杆；改善涂料、改善喷涂工艺；增大锁模力，增加浇注金属量。这些靠简单操作即可实施的措施。

2）调整工艺参数、压射力、压射速度、充型时间、开模时间，浇注温度、模具温度等。

3）换料，选择质优的铝合金锭，改变新料与回炉料的比例，改进熔炼工艺。

4）修改模具，修改浇注系统，增加内浇口，增设溢流槽、排气槽等。例如压铸件产生飞边的原因有：

1）压铸机问题：锁模力调整不对。

2）工艺问题：压射速度过高，形成压力冲击峰过高。

3）模具问题：变形，分型面上杂物，镶块、滑块有磨损不平齐，模板强度不够。解决飞边的措施顺序：清理分型面→提高锁模力→调整工艺参数→修复模具磨损部位→提高模具刚度。从易到难，每做一步改进，先检验其效果，不行再进行第二步。本文档共69页；当前第42页；编辑于星期一\4点56分

2、原材料添加剂在[1]铸造铝合金中添加稀土可以有效的改善铸造铝合金的缺陷。

1.稀土在铝合金中的精炼作用铝合金中添加适量稀土元素对精炼效果具有促进作用。稀土元素可以改善夹杂物形态，净化晶界。采用真空吸铸法研究了AlRE中间合金对A356合金流动性的影响，实验结果证明合金熔体中加入适量的稀土元素，能够使固液相线温度差减少，减小合金的糊状凝固趋势，并且降低合金熔体表面张力，此外还有去气、除杂的精炼作用，这都会使熔体流动性提高，粘度降低，有利于夹杂物和气体的排除。已研究开发出一种含有稀土化合物的铝合金新型熔剂，该熔剂通过发生一系列的物理和化学反应，不仅可使A356合金熔体720℃时的含氢量由大于0.30ml/100g(Al)下降到0.10ml/100g(Al)以下，除气效果显著，并使A356合金的室温抗拉强度提高7.27%，延伸率提高85.58%。但是，过量的稀土元素也会加剧富RE相的聚集，成为夹杂物，从而降低合金熔体的流动性。

2.稀土对铝合金的细化作用有目的地抑制柱状晶和双柱状晶生长，促进细小等轴晶形成，这种工艺过程就叫作晶粒细化处理。由于晶粒得以细化，合金的性能得到提高，同时还使缩松、热裂、针孔等缺陷下降。细化处理的最基本方法是抑制形核，以及向熔体中添加晶粒细化剂的外来形核质点。目前，添加细化剂的方法成为最有效、最实用的方法。铸造铝合金中常用的共有三种类型的晶粒细化剂：二元Al－Ti合金、二元Al－B合金和三元Al－Ti－B合金。中间合金(晶粒细化剂)加入到铝合金熔体中发生溶解，释放出金属间化合物相，成为外来形核核心。在铝合金中加入稀土，既可细化晶粒，也可明显细化枝晶组织(减小二次枝晶间距)，其最佳效果对应于不同的稀土含量。但是，其细化效果弱于Ti、B等元素。稀土加入的临界值与合金的熔炼、浇铸条件有密切关系。只有在一定的生产工艺条件下，一定量的稀土才会有最好的细化效果。采用一般细化剂，随着铝液静置时间的延长，细化效果逐渐衰退；采用Al－5Ti－1B－10RE中间合金，稀土元素能阻止细化元素发生聚集、沉淀，对Ti、B的细化作用有一定的促进作用，可有效抑制铝硅合金长时间静置过程中晶粒尺寸的衰退，适合于大批量生产汽车铝合金铸件。本文档共69页；当前第43页；编辑于星期一\4点56分

3.稀土对铝硅合金的变质作用铸造Al－Si合金中Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，它严重割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而需要将它改变成有利的形态。变质处理使共晶Si由粗大的片状变成细小纤维状或层片状，从而提高合金性能。迄今已发现，碱金属中的K、Na，碱土金属中的Ca、Sr，稀土元素Eu、La、Ce和混合稀土，氮族元素Sb、Bi，氧族元素S、Te等均具有变质作用。在Al－Si合金中，添加铝稀土中间合金或稀土氯化物和氟化物，可使共晶Si相由片条状变成球粒状。不同稀土的变质能力不同，大体上随着原子半径由大变小，变质能力由强变弱。稀土变质剂具有很好的长效性和重熔稳定性，吸气倾向小，无污染、加入工艺简便、无腐蚀作用。研究结果表明，含La为0.056%变质后的合金，重熔10次，每次取样进行金相检验，发现最终仍有变质效果，La的最终浓度仍有0.035%，仍处于最佳变质范围之内。0.3%混合稀土变质合金，重熔5次，发现最终仍有良好变质效果。变质工艺直接影响着稀土的变质效果。对Al－Si合金，获得稳定变质组织的关键是减少稀土的烧损，并防止稀土的偏聚，使稀土迅速均匀地扩散到铝液中。稀土变质有一潜伏期，即必须在高温下保持一定时间，稀土才能发挥最大变质作用。本文档共69页；当前第44页；编辑于星期一\4点56分

铝液中氢的问题四、氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响铝及其合金中存在三种不同形态的无水氧化铝见下表：本文档共69页；当前第45页；编辑于星期一\4点56分

实验表明表面粗糙、带有众多缝隙的AL2O3和表面平整的AL2O3吸附氢是物理吸附。铝液中卷入AL2O3夹杂，即增加了含氢量，吸附H2的AL2O3又是温度下降时气泡形核的现成基底，容易在铸件中形成气孔，并且AL2O3夹杂量与针孔率之间存在着正的线性相关性，因此，为了消除铸件中的针孔，应遵循“除杂为主，除气为辅，除杂是除气的基础”的原则。五、合金元素对铝液吸氢的影响1、对溶解度的影响含镁量越高，氢的溶解度越高，反之，硅、铜含量越高，氢的溶解度越低。2、对氧化膜性能的影响铝活性以后的元素对铝液有保护作用。在改变氧化膜性能方面，最为突出的是铍，它比铝轻，富集在铝液表面，优先被氧化，生成BeO非常稳定。加入硫，和镁生成MgS成为氧化膜的填充剂，提高氧化膜的保护性能。六、熔炼时间对吸氢的影响在大气中熔炼铝合金，铝液不断被氧化，熔炼时间越长，生成的氧化夹杂物越多，吸气也越严重。因此，在生产中应遵循“快速熔炼”原则，尽量避免铝液在炉内长期停留。本文档共69页；当前第46页；编辑于星期一\4点56分

七、铝液中析出氢的条件（一）热力学条件根据经验公式

lgS=-5800/T+2.085+1/2lgpH2

S是氢的溶解度，PH2O是水汽分压可表示出氢的方向和限度。（二）动力学过程1、氢气泡的形成氢析出有两种形式一种是气泡式析出，一种是扩散脱氢2、铝液中形成的气泡上浮至熔池表面为了加快氢气泡上浮，在生产中可采取下列措施：冷凝除气真空除气电磁搅拌本文档共69页；当前第47页；编辑于星期一\4点56分

3、气泡通过表面氧化膜逸出气泡逸出的速度取决于相界面上存在的氧化膜组织，能破碎、溶解表面氧化膜的溶剂，可消除气泡逸出的屏障，提高铝液脱氢速度。八、铝液的除氢速度除氢速度可以根据氢原子向气泡表面的传质速度就可算出本文档共69页；当前第48页；编辑于星期一\4点56分

改善动力学条件，提高除气速度的有效途径：尽可能增加气泡数目，增加铝液与气泡间的有效接触比表面积尽可能延长气泡在铝液上升浮游的路程采用高纯度惰性气体或不溶于铝液的活性气体及真空除气吹氮浮游法去除氧化夹杂原理图一本文档共69页；当前第49页；编辑于星期一\4点56分铝液精炼工艺铝液精炼工艺可以分为吸附精炼和非吸附精炼一、吸附精炼石依靠精炼剂产生吸附氧化夹杂的作用同时清除夹杂及表面的氢气，达到净化铝液的目的。具体可以分浮游法、溶剂法、过滤法等。（一）浮游法浮游法包括8种方法：通氮精炼、通氩精炼、通氯精炼、氯盐精炼、三气混合气精炼、固体无公害精炼剂、固体三气精炼块、喷粉精炼1、通氮精炼通氮精炼原理见图一通氮温度应该控制在710-720℃，温度过低，降低氢的扩散系数，温度过高将生成大量的ALN夹杂物吗，同样污染铝液。在生产中，要先对氮气进行严格的脱水。2、通氩精炼在操作上变质、精炼可以同步进行，精炼是氩气对铝液起搅拌作用，加速变质元素的扩散，可以缩短变质的潜伏期，提高生产率3、通氯精炼通氯精炼原理见图二氯能和铝液及铝液中的氢反应生成HCl和ALCl3，产物都呈气体，且不溶于铝液，和未反应的氯都能起到精炼的作用，因此净化效果比通氮甚至通氩明显。本文档共69页；当前第50页；编辑于星期一\4点56分ArgasHgas去氢动力学条件：临界流速高，气泡越小越多去氢效果越好，但超过临界流速发生合泡现象去氢效果反而下降。惰性气体吹洗法和加入能产生不溶于铝液的气泡的熔剂产生的气泡中氢分压PH2=O，溶于铝液内的氢在压力差作用下会不断向气泡内扩散，由于质量轻，随气泡体积的增加而上浮逸入大气，同时自动吸附夹杂物上浮成溶渣被捞出（铝溶体与氧化铝不相润湿，上浮的气泡吸附AL2O3带至液面被覆盖剂吸气泡浮游法除气本文档共69页；当前第51页；编辑于星期一\4点56分

工业用氯气瓶中常掺有水分，影响净化效果。精炼使用的氯气含水量应控制在0.08%以下。随着使用时间的推移氯气的含水量会增加，在生产中必须注意。通氯的净化效果虽好，但氯气对人有害，通氯设备复杂，泄露的氯气严重腐蚀厂房、设备。其次，通氯气后引起合金的晶粒粗大降低力学性能，故生产极少采用，已经改用氮-氯联合精炼工艺。图二本文档共69页；当前第52页；编辑于星期一\4点56分

4、氯盐精炼常用氯盐有氯化锌、氯化锰、六氯乙烷、四氯化碳、四氯化钛等。氯化锌精炼会引起回炉料中含锌量超标，六氯乙烷中加入1/2-1/3N2SiF6压块，净化效果好同时还有细化合金组织的效果。5、三气混合气精炼三种气体是氯气、一氧化碳、氮气，比例为15:11:74。使用三气混合气精炼的净化效果和使用六氯乙烷的相当，而且精炼时间减半，污染程度减轻，但要配置一套复杂的三气发生装置及输送管道。6、固体无公害精炼剂主要成分是煤粉和硝酸盐，反应式：

精炼石由于产物无臭无味，但是净化效果欠理想。无公害精炼剂价格便宜，适用于不重要的中、小型铝铸件。本文档共69页；当前第53页；编辑于星期一\4点56分

7、固体三气精炼块无公害精炼剂的基础上，加进了实力的六氯乙烷组成三气精炼块，净化效果优于无公害精炼剂，但是原材料烘干不彻底，压块前搅拌不均匀时，净化效果不稳定。8、喷粉精炼

单管喷吹和旋转喷吹精炼特性：单管喷吹易造成液面中心突起，随气泡逸出而搅动，中心表面液体的更新速度俞快俞易造渣吸气，重复污染与炉气中的PH2O及液面液体的搅动程度有关。表面AL2O3破坏产生铝与水汽反应，产生了新的氧化膜，。旋转吹头使惰性气体在剪切力作用下喷入铝液中，气泡尺寸小上升动能小减少液面搅动，分布均匀接触面积大并使液面更新率低。

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（二）溶剂法溶剂法在于吸附、溶解铝液中的氧化夹杂及吸附其上的氢，上浮至液面进入熔渣中，达到除渣、除气的目的。净化效果好，尤其是铝镁类合金或重熔切削、碎料时，必须采用溶剂法。1、对熔剂的要求不与铝液发生化学反应，也不相互溶解。熔点低于精炼温度，流动性好，容易在铝液表面形成连续的覆盖层保护铝液，最好熔点高于浇注温度，便于扒渣。能吸附、溶解、破碎氧化铝夹杂。来源丰富，价格便宜。2、溶剂的工艺性能工艺性能包括覆盖性能、分离性能、精炼性能，他们都取决于溶剂的表面性能。（1）覆盖性能即铺开性，指溶剂在铝液表面自动铺开形成连续覆盖层的能力。用铺开系数KF表示本文档共69页；当前第55页；编辑于星期一\4点56分

（2）分离性能分离性能是指溶剂与铝液自动分离的性能，分离性能越好，扒渣容易、溶剂不容易混入铝液内浇入铸件中，不会引起铸件夹渣。分离如右图

（3）精炼性能精炼性能指溶剂吸附、溶解、破碎铝液内氧化夹杂物的能力，即除渣、除气净化能力。溶剂吸附氧化夹杂物示意图如右图

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3、溶剂工艺性能的综合分析综上所述，可将溶剂的工艺性能与表面性能之间的关系归纳于下表：本文档共69页；当前第57页；编辑于星期一\4点56分

（三）过滤法过滤方法分网状过滤法和填充床过滤法，过滤剂分为非活性过滤剂和活性过滤剂，两种过滤装置如下图网状过滤法的缺点是比过滤网眼小的氧化夹杂物难以除去，过滤器容易损坏，使用寿命短。填充床过滤法的缺点是整个装置笨重，占地面积大，介质粒度太小，减少铝液流量，降低生产率，过滤时要加热保温，消耗能源，增加成本。本文档共69页；当前第58页；编辑于星期一\4点56分

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（四）稀土精炼稀土最佳加入来那个为0.2%-0.3%，稀土加入后要静置，此时间段称潜伏期，稀土加入形式为纯稀土、Al-RE中间合金及稀土化合物，稀土精炼最适用的是铝硅合金。二、非吸附精炼非吸附性精炼分真空和超声波等，特点是同时对全部铝液起精炼作用。真空精炼的优点：针孔等级明显改善，可以在变质同时精炼，可以代替高压釜中铸造。超声波处理由于消耗功率大，所以不易推广。三、净化效果检测方法（一）炉前检测炉前检测是控制熔炼工艺，保证铸件质量的重要手段，尤其在采用大容量熔炉进行大批量生产时，更为重要。炉前检测的项目主要是含气量和氧化夹杂含量。有含气量检测和氧化夹杂检测。含气量检测有常压凝固式样、减压凝固式样、减压凝固标准式样常压凝固试样常压凝固试样的尺寸通常为Φ（40-50）mm×(20-30)mm,铸型可用干砂型、耐火砖型、石墨型等。将铸型预热到200℃以上，浇入待测的铝液。凝固前用干净铁皮刮去表面氧化膜，观察变变化，含气量多时，会有小气泡冒出。比较精炼前后凝固试样表面情况。有无小泡冒出，即可判断净化效果。一旦冒泡，谁明净化效过差，需从新精炼.敲开式样端口如出现白点，则是含气断口。白点有两种：一种呈圆点状，面积不大，彼此不相连，这就是点状针孔的空穴，孔穴壁光滑，呈球形；另一种呈片状，面积较大，有时连成一片，看不出明显的孔穴，呈棉絮状，这是由网状针孔所形成。常用凝固试样一般适用于铝硅合金，对于铝铜合金、铝镁合金，由于熔化潜热低，凝固速度快，气泡来不及冒出，不易判断，其次灵敏度低不易看到气泡，雨季反应过敏，容易误判。减压凝固试样是将100g左右的铝液倒入小坩埚内，在0.65-6.5kPa压力下凝固，如不冒泡，表面不凸起，则说明含气量低，净化效果好；若试样轰面凸起，冒1-2个泡，则净化效果欠佳，需重新精炼；如表面不断冒泡，则说明含气量很高，需采取有效的精炼手段，重新精炼。减压凝固试样检测的缺点是只有定性的结果，难以量化；固条件如真空度、试样冷却速等不同时，不易比较检测结果。另外，减压凝固标准试样在设定的凝固条件下，铝液在标准形状的壳型中凝固，切去冒口，然后分别在空气、水中称重，然后按式一求得试样的密度本文档共69页；当前第60页；编辑于星期一\4点56分

ρs值越大，含气量越低，净化效果越好，此法可靠又能量化，为现代化的铸铝车间所乐用。氧化夹杂检测有污染度检测和溴甲醇法以及定量晶相法污染度测定法是用污染度ƞ表示：这种方法只适用判断第一类氧化夹杂的含量定量晶相法用夹杂物总量的质量百分数表示：采用定量晶相法要注意磨制时防止氧化夹杂物剥落。溶剂洗涤法用夹杂物相对总量表示：本文档共69页；当前第61页；编辑于星期一\4点56分

（二）成品检测成品检测有低倍组织检测和X光透照检测低倍组织优点是灵敏度高，判断容易，缺点是要破坏零件，不能检验整批零件。X光透照检测优点是可以整批检测缺点是不能直观看到铸造缺陷。四、铝合金熔炼总结

前面讨论了铝液吸氢、脱氢的一般规律，氢与氧化夹杂之间相互依存的关系，介绍了常用的精炼工艺，分析了铝铸件形成一次气孔的条件，归纳起来，我们可以把消除气孔，清除氧化夹杂，从而降低铝铸件废品率的各种工艺措施概括为“防”“排”“溶”三个字。

“防”就是严防水汽及各种含气赃物混入铝液中，发生式(13-13)等的有害反应，尽量降低式(13-84)中的Co。“排”就是通过精炼，清除氧化夹杂和气体，记住“除渣是除气的基础”，降低C0

“溶”就是利用快速凝固，或加大凝固时的结晶压力，即提高Y：、/歹，使铝液中盼氢全部固溶于铝铸件内，不致形成气孔。

安排、选择“防”“排”“溶”三套工艺措施，应遵循以防为主原则。

生产实践证明，最有效的精炼方法通常只能使铸件的针孔等级改善1-2级，但如不注意以防为主，会使铝液纯净度大大降低，采取最好的精炼工艺也难以彻底清除气体和氧化夹杂。“溶”的效果很明显，当采用金属型，石墨型、低压铸造、反压铸造、挤压铸造、压铸时，对铝液纯净度的要求可适当放宽。正确运用“防”“排”“溶”三套工艺，严格遵循“以防为主”的原则，必须落实到具体的熔炼、铸造工艺操作上，只有熔炼操作基本功过硬，才能全面、正确地贯彻这些原则。熔-炼操作基本功包括：熔炼设备，熔炼工具的准备和精心处理，精炼剂，变质剂，覆盖剂的细心预熔、烘干，正确的搅拌扒渣操作和小心浇注等等。本文档共69页；当前第62页；编辑于星期一\4点56分铝合金组织控制铝合金的炉料炉料由新金属、中间金属、回炉料及从熔回炉料组成。回炉料可分三类。第一类包括成分合格的报废铸件、浇冒口等，可以直接使用；第二类包过小毛边、浇口杯中剩余金属、冲压车间的边角料等，需经重熔成再生合金锭，方能使用；第三类包括熔渣、切屑、炉底残渣及化学成分不合格又无法调整的废金属，如含铁量过高，需经专业化的冶金厂重熔成再生合金锭。铝合金组织控制

变质处理是常用的组织控制手段，在合金成分、冷却速度、凝固时外加力场不变的条件下，在铝液中加入少量添加剂，使组织发生明显变化，获得理想的合金组织。变质处理分三类：晶粒细化处理、共晶体变质和改善杂质相的组织或消除杂质相。第一类变质处理-晶粒细化处理1、α（Al）晶粒细化处理常用的晶粒细化剂有钛、硼、镐及稀土金属等，以中间合金或盐类形式加入铝液中。当采用盐类形式时，与铝液发生下列反应：本文档共69页；当前第63页；编辑于星期一\4点56分

细比剂的加入量和合金种类、成分、加入方法、熔炼温度，浇注时间等有关，以固溶体型合金在ZL201为例,共晶型合金如ZLlol因α(A1)初晶数量比ZL201合金少，加入量酌减，当把钛和硼以5-6：1的比例同时加入时，加入量可降低5倍缓衰退现象。一加入量过大或熔炼，浇注时间过长时，TiAI3逐渐聚集，由于其密度为为3.7g/cm：，比铝液大．因此积聚在熔池底部，丧失细化能力，产生衰退现象。2、初晶硅细化处理过共晶铝硅合金组织中存在着大块多边形及板片状共晶硅，力学性能差，含硅量越高，初晶硅越多，初晶硅的细化处理就越重要。最早用的细化剂是赤鳞，但是其产物有毒，赤鳞不能干燥加热，存运不安全。对此国内外企介绍了下列数种：氯化钠+氯化钾起缓冲剂作用及辅助精炼作用。六氯乙烷能增加AIP的活性，提高细化初晶硅的效果，除起精炼作用外，还能生成TiC，细化α（Al）晶粒。K2TiF6+K2ZrF6细化α（Al）晶粒的同时，起缓冲作用。硫S在铝液中生成Al2S3，熔点约1100℃，对初晶硅，α（Al）晶粒均有细化作用。有些含磷化合物也能用作细化剂，影响细化效果的因素有：(1)最佳含磷量和许多工艺因素有关，如处理湿度、浇注温度、合金成分、孕育时间等，应通过试验确定最佳含磷量的范围及其加入量。低于最佳值，则细化不足；过量日寸会产生“过变质”，使初晶硅粗化。(2)处理温度AIP的熔点高于1000℃，处理温度过低，AIP在铝液中凝聚成团，随温度下降逐渐失去细化作用，处理温度一般高于合金液相120,-150℃，已有正常的细化效果。处理温度过高，将增加气体和夹杂物含量。