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AHS铝合金属共晶型Al-Si合金，其挤压棒材主要用于锻造中、小缸径的中、高速内燃机活塞，AHS铝合金挤压棒用锭坯采半连续熔铸法生产。在实际生产中，采用半连续熔铸热顶铸造工艺生产的Φ250mm铸锭，熔铸工艺控制不当时，铸锭低倍试片常出现粗大晶粒、不同程度的羽毛状晶、粗大针状共晶硅、粗大块状初晶硅组织，挤压制品低倍检测存在花斑状缺陷，该缺陷的存在严重降低了制品机械性能。本文分析研究了粗大晶粒、羽毛状晶、粗大针状共晶硅组织、粗大块状初晶硅产生原因并提出了提高AHS合金Φ250mm铸锭质量熔铸工艺。
1、粗大晶粒、羽毛状晶产生原因
在半连续铸造条件下，铸锭中晶粒形核核心主要产生于活性杂质，熔体中活性杂质愈多，铸锭结晶时形核核心也越多，铸锭晶粒也越细小；羽毛状晶是柱状晶的变种，其形成机理主要为：当熔体熔炼温度或铸造温度过高时，熔体中有效活性杂质数目减少，铸锭结晶时非自发形核核心相应减少；与此同时，铸造温度越高或铸锭冷却速度越快，铸锭结晶前沿液穴中温度梯度越大，液穴内过冷带变窄，有效活性杂质在过冷带停留时间变短，有效活性杂质扩散时间短，形成的结晶形核核心相应减少，因此铸锭形成羽毛状晶组织倾向增大。
2、粗大针片状共晶硅组织、初晶硅产生原因
铝硅合金含Si在3%以下时，Si促进晶粒细化，Si含量在3%以上随Si量增加晶粒连续粗化，出现所谓的Si“中毒”现象，并且随着Si含量增加，铸锭中易形成柱状晶或双柱状晶；铝硅合金中硅含量超过6%-8%时，铸锭组织中便会出现粗长针片状共晶硅组织；为获得短而细小的共晶硅组织，需对共晶硅型Al-Si合金进行变质处理。AHS合金共晶硅变质剂以Al-Sr、Al-Sb中间合金应用最为广泛，对于AHS合金共晶硅组织两种变质剂均具有较强的变质效果和足够长的变质有效期。本文中研究AHS合金共晶硅组织变质处理以Al-Sr中间合金作为变质剂。
初晶Si的晶粒大小一般要求不超过80μm；铸锭组织中出现的初晶Si多为采用Al-Si中间合金合金化时Al-Si中间合金残留的初晶Si。Al-Si中间合金中的Si含量远比Al-Si二元系共晶点处的Si含量高，因而在未经P变质处理的Al-Si中间合金锭中有大量初晶Si存在。加入Al-Si中间合金中的Si本身就是初晶Si；在熔炼时若熔炼温度低，熔体中的初晶Si得不到充分的溶解和扩散，因而可残留至Al-Si合金锭中。根据AHS合金生产实践，用Al-Si中间合金合金化时，其共晶型AHS合金的熔炼温度一般应控制在760℃～800℃。共晶型AHS合金中初晶硅组织较为少见，但在熔炼工艺控制不当及半连续非平衡态铸造条件下铸造开头容易出现初晶硅组织。
3、提高AHS合金Φ250mm铸锭质量熔铸工艺
3.1AHS合金Φ250mm铸锭化学成分的精确控制
采用原铝锭+本合金的一、二级废料+Al-Si中间合金+Mg锭+Cu板配料，不使用三级废料；Ti按0.035%控制，本体废料Sr按2.5kg/t加入，新料Sr按4.5kg/t加入。要求所有炉料必须清洁、无水、无泥、无油污、无腐蚀。成份控制：Si含量：10.8%，Cu含量：2.5%，Mg含量：0.35%控制，其它按国标进行控制。
3.2制订并严格执行AHS合金Φ250mm铸锭熔铸工艺制度
3.2.1熔炼工艺
熔炼温度为730℃-760℃；炉料完全熔化，熔体温度730-740℃时，加Al-Ti中间合金，加入量按Ti：0.025%控制；熔体温度740～750℃时加Mg；搅拌均匀，成分均匀后取炉前样，取样温度730～760℃；炉前分析合格后，熔体温度740-750℃时，用Ar气进行第一次精炼，精炼时间15～20min，精炼后再次扒渣。扒渣后加Al-Sr，Al-Sr中间合金加入前必须经过预热充分，加入温度：730～750℃；Al-Sr中间合金（杆）要压入熔体，完全熔化后，把熔体搅拌均匀。740～750℃时对熔体进行第二次Ar气精炼，精炼时间15～20min，精炼后扒净熔体表面浮渣。扒渣后静置，静置时间约30min。
3.2.2熔体在线除气过滤净化工艺
精炼用Ar气流量：45～55l/min；精炼气体压力：0.15～0.25MPa；精炼除气箱金属温度：740～760℃；转子转速：450～500rpm；在线过滤采用30—50PPi泡沫陶瓷板过滤。
3.2.3铸造工艺参数
铸造工艺参数按表一执行
3.2.4锯切及取样
浇口部切头≥100mm，底部切尾≥200mm。铸锭切去头尾后，任选两根铸锭在底部、浇口部各切取25±5mm厚低倍试片一块。
4、铸锭及挤压棒检测情况
按上述熔铸工艺生产，炉前主要成分分析一次合格，铸造过程顺利，铸锭内部质量优良，生产的AHS合金Φ250mm×20支铸锭挤压棒材晶粒细小、均匀性较好，挤压棒材未出现花斑状缺陷。
Ti、Sr成分控制结果：Ti0.03%；Sr0.03%-0.04%；
铸锭组织检测结果：低倍晶粒度为3.5-4.5级，心部晶粒度为5-5.5级，铸锭试片外层均存在不同程度的羽毛晶，深度45-65mm。高倍观察，变质效果好，未发现粗大初晶硅，初晶硅尺寸<5×5μm。
5、结论
按上述熔铸工艺生产AHS合金Φ250mm铸锭，严格控制晶粒细化元素和各项熔铸工艺参数，完全可生产出达到AHS合金进口挤压棒材质量的优质棒材产品。
1、粗大晶粒、羽毛状晶产生原因
在半连续铸造条件下，铸锭中晶粒形核核心主要产生于活性杂质，熔体中活性杂质愈多，铸锭结晶时形核核心也越多，铸锭晶粒也越细小；羽毛状晶是柱状晶的变种，其形成机理主要为：当熔体熔炼温度或铸造温度过高时，熔体中有效活性杂质数目减少，铸锭结晶时非自发形核核心相应减少；与此同时，铸造温度越高或铸锭冷却速度越快，铸锭结晶前沿液穴中温度梯度越大，液穴内过冷带变窄，有效活性杂质在过冷带停留时间变短，有效活性杂质扩散时间短，形成的结晶形核核心相应减少，因此铸锭形成羽毛状晶组织倾向增大。
2、粗大针片状共晶硅组织、初晶硅产生原因
铝硅合金含Si在3%以下时，Si促进晶粒细化，Si含量在3%以上随Si量增加晶粒连续粗化，出现所谓的Si“中毒”现象，并且随着Si含量增加，铸锭中易形成柱状晶或双柱状晶；铝硅合金中硅含量超过6%-8%时，铸锭组织中便会出现粗长针片状共晶硅组织；为获得短而细小的共晶硅组织，需对共晶硅型Al-Si合金进行变质处理。AHS合金共晶硅变质剂以Al-Sr、Al-Sb中间合金应用最为广泛，对于AHS合金共晶硅组织两种变质剂均具有较强的变质效果和足够长的变质有效期。本文中研究AHS合金共晶硅组织变质处理以Al-Sr中间合金作为变质剂。
初晶Si的晶粒大小一般要求不超过80μm；铸锭组织中出现的初晶Si多为采用Al-Si中间合金合金化时Al-Si中间合金残留的初晶Si。Al-Si中间合金中的Si含量远比Al-Si二元系共晶点处的Si含量高，因而在未经P变质处理的Al-Si中间合金锭中有大量初晶Si存在。加入Al-Si中间合金中的Si本身就是初晶Si；在熔炼时若熔炼温度低，熔体中的初晶Si得不到充分的溶解和扩散，因而可残留至Al-Si合金锭中。根据AHS合金生产实践，用Al-Si中间合金合金化时，其共晶型AHS合金的熔炼温度一般应控制在760℃～800℃。共晶型AHS合金中初晶硅组织较为少见，但在熔炼工艺控制不当及半连续非平衡态铸造条件下铸造开头容易出现初晶硅组织。
3、提高AHS合金Φ250mm铸锭质量熔铸工艺
3.1AHS合金Φ250mm铸锭化学成分的精确控制
采用原铝锭+本合金的一、二级废料+Al-Si中间合金+Mg锭+Cu板配料，不使用三级废料；Ti按0.035%控制，本体废料Sr按2.5kg/t加入，新料Sr按4.5kg/t加入。要求所有炉料必须清洁、无水、无泥、无油污、无腐蚀。成份控制：Si含量：10.8%，Cu含量：2.5%，Mg含量：0.35%控制，其它按国标进行控制。
3.2制订并严格执行AHS合金Φ250mm铸锭熔铸工艺制度
3.2.1熔炼工艺
熔炼温度为730℃-760℃；炉料完全熔化，熔体温度730-740℃时，加Al-Ti中间合金，加入量按Ti：0.025%控制；熔体温度740～750℃时加Mg；搅拌均匀，成分均匀后取炉前样，取样温度730～760℃；炉前分析合格后，熔体温度740-750℃时，用Ar气进行第一次精炼，精炼时间15～20min，精炼后再次扒渣。扒渣后加Al-Sr，Al-Sr中间合金加入前必须经过预热充分，加入温度：730～750℃；Al-Sr中间合金（杆）要压入熔体，完全熔化后，把熔体搅拌均匀。740～750℃时对熔体进行第二次Ar气精炼，精炼时间15～20min，精炼后扒净熔体表面浮渣。扒渣后静置，静置时间约30min。
3.2.2熔体在线除气过滤净化工艺
精炼用Ar气流量：45～55l/min；精炼气体压力：0.15～0.25MPa；精炼除气箱金属温度：740～760℃；转子转速：450～500rpm；在线过滤采用30—50PPi泡沫陶瓷板过滤。
3.2.3铸造工艺参数
铸造工艺参数按表一执行
3.2.4锯切及取样
浇口部切头≥100mm，底部切尾≥200mm。铸锭切去头尾后，任选两根铸锭在底部、浇口部各切取25±5mm厚低倍试片一块。
4、铸锭及挤压棒检测情况
按上述熔铸工艺生产，炉前主要成分分析一次合格，铸造过程顺利，铸锭内部质量优良，生产的AHS合金Φ250mm×20支铸锭挤压棒材晶粒细小、均匀性较好，挤压棒材未出现花斑状缺陷。
Ti、Sr成分控制结果：Ti0.03%；Sr0.03%-0.04%；
铸锭组织检测结果：低倍晶粒度为3.5-4.5级，心部晶粒度为5-5.5级，铸锭试片外层均存在不同程度的羽毛晶，深度45-65mm。高倍观察，变质效果好，未发现粗大初晶硅，初晶硅尺寸<5×5μm。
5、结论
按上述熔铸工艺生产AHS合金Φ250mm铸锭，严格控制晶粒细化元素和各项熔铸工艺参数，完全可生产出达到AHS合金进口挤压棒材质量的优质棒材产品。