鐵元素在鑄造鋁合金中一直被認為是一種主要的有害雜質，各個國家、專業標準均對其作了明確的限制，各企業標準對其控制更為嚴格。這主要是由于隨鐵含量增加，在金相組織中會形成本身硬度很高的針、片狀脆性鐵相，它的存在割裂了鋁合金的基體，降低了合金的力學性能，尤其是韌性，并且使零件機械加工難度增加，刀、刃具磨損嚴重，尺寸穩定性差等等，但是，低品質鋁合金錠中鐵含量本身就高，隨著合金爐料的回用，生產中鐵質坩堝、工具、置預件等的使用使合金增鐵在所難免。多年來一直吸引著廣大鑄造工作者去研究，下面就鐵在Ａｌ－Ｓｉ合金中的作用及其減弱消除對策進行討論。
１ 鑄造Ａｌ－Ｓｉ系合金中鐵的作用
１．１ 鑄造Ａｌ－Ｓｉ合金中鐵的存在形態
表１是鋁硅系合金中鐵的存在形態，其中α－ＡｌＦｅＳｉ和β－ＡｌＦｅＳｉ是常見的二種形態。而ρ－ＡｌＭｇＦｅＳｉ和δ－ＡｌＦｅＳｉ不是很常見。其中ＡｌＦｅＳｉ和Ａｌ（Ｆｅ，Ｃｒ）Ｓｉ的結晶結構特征目前還不甚祥細。至于形成什么樣的相，除與合金中的含鐵量有關外，還與鑄件的冷卻速度、合金元素的數量、種類等密切相關。漢字狀的α－ＡｌＦｅＳｉ相對Ａｌ－Ｓｉ系合金可提高強度、硬度，對韌性降低不多，而針狀的β－ＡｌＦｅＳｉ相則嚴懲割裂基體，顯著降低合金的韌性，尤其沖擊韌性，據報道，當Ｆｅ＞１％時，可使整個合金本身變脆。
表１ Ａｌ－Ｓｉ系合金中鐵相形態
類別晶體結構熔化溫度／℃形狀α－ＡｌＦｅＳｉ六方晶體８６０漢字狀β－ＡｌＦｅＳｉ單晶體８７０針、片狀ρ－ＡｌＭｇＦｅＳｉ立方晶體δ－ＡｌＦｅＳｉ四方晶體 １．２ 鐵對鋁硅合金機械性能的影響
１．２．１ 對室溫機械性能的影響
對Ａｌ－Ｓｉ二元合金，當Ｆｅ＞０．５％時，片狀β相可提高合金的強度并稍降低其延伸率；當Ｆｅ＞０．８％時，延伸率開始較大幅度降低，當合金中的Ｆｅ從０．４％增加到１．２％時，對強度值的增加是微乎其微的，但卻顯著降低其延伸率從４％降到１％，對Ｎａ變質的Ａｌ－Ｓｉ共晶合金是每增加Ｆｅ０．１％可使延伸率降低１％多。
１．２．２ 對高溫性能的影響
鐵雖然降低了Ａｌ－Ｓｉ活塞合金的室溫機械性能，但卻提高了它的高溫機械性能，這主要由于高溫時基體本身強度隨溫度升高下降很多，而此時以網狀、漢字狀和細小針狀存在的鐵相，它們在３１６℃左右時基本不變，是穩定的化合物相，正是它的存在提高高溫下試樣的抗拉強度。對Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｍｇ合金，當Ｆｅ＞０．９５％時，σ３００℃為９２ＭＰａ。
１．２．３ 對耐磨、耐腐性的影響
鐵提高Ａｌ－Ｓｉ系合金的耐磨性，這是由于硬質針狀鐵相使基體得以強化，抵抗變形能力，同時又起到支承作用，使耐磨性提高。同時鐵相使合金表面的氧化膜失去連續性，易發生電化學腐蝕，鐵降低合金的耐腐性。
１．２．４ 對鑄造性能的影響
隨著鐵含量增加，在合金結晶時，由于β相干擾枝晶間流動，所以會使疏松增加，同時增加合金的熱裂傾向，但是對壓鑄鋁合金一定Ｆｅ量可防止粘膜，但也有報道稱一定Ｆｅ量增加合金的流動性。
１．２．５ 對機械加工性能的影響
鐵相使機械加工性能惡化，增加刀刃具的磨損量，使尺寸穩定性變差。
２ 鐵的有害作用消除、抑制方法
２．１ 機械方法
常用的機械去鐵法有過濾法、沉淀法、離心鑄造法等，它們均是采用在熔體中加入Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｒ等合金元素使之與鐵形成大的化合物，由于其密度與鋁合金不同會產生沉淀，使用沉淀的方法稱為沉淀法，它可使鐵降低０．５％。將通過過濾布，過濾網、板，使大塊化合物得以過濾的方法，稱為過濾法，它可使Ｆｅ降低０．７％，將加入合金元素的熔體，在離心力作用下，由于密度ｄ的差異使鐵相移向邊緣，而內部鐵含量可由２．０７％降低到０．２７％，降低效率達８７％。不同轉速、不同Ｆｅ／Ｍｎ比對除鐵效率也有影響。生產中應用的機械方法一般均聯合使用，如過濾法與沉淀法，先沉淀后過濾，以及過濾與離心鑄造結合會取得更加好的效果。
２．２ 熔體處理方法
２．２．１ 加入合金元素中和Ｆｅ的作用（變質處理）
熔體中加入合金元素來改變鐵相形貌，減弱鐵的作用，提高合金強度，改善延伸率，通常加入的元素有：Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｓ、Ｍｇ、Ｒｅ等，下面逐個分析：
ａ．Ｍｎ：是最常用和用得最多的元素，加Ｍｎ能顯著減少鐵相的數量和尺寸，甚至使鐵相完全消失，由于Ｍｎ的加入擴大了α鐵相區，從而使得鐵相向α鐵相轉化，中和鐵相的Ｍｎ的加入量多少現還不能定論。據稱在Ａｌ－Ｓｉ１３合金中加入０．５％的Ｍｎ，就能使含１．５％Ｆｅ的合金中針、片狀鐵相轉變為α鐵。有人推薦按Ｍｎ％＝２（％Ｆｅ－０．５）添加Ｍｎ，總之通過添加Ｍｎ可逐漸使β－Ｆｅ相的數量減少，尺寸變小，直到不出現為止。
ｂ．Ｃｒ：在ＺＡｌＳｉ７Ｍｇ合金中加Ｃｒ可使粗片狀的β相轉變為漢字狀的α鐵相，加０．２％～０．６％Ｃｒ能防止含Ｆｅ＞１％的Ａｌ－Ｓｉ１３合金的脆斷，在Ａｌ－５Ｓｉ－１．５Ｃｕ－０．５Ｍｇ合金中加入０．２％～０．３％Ｃｒ使含鐵為０．４％合金的伸長率由１．７％增加到３．８％，加０．４Ｃｒ可使含Ｆｅ０．７５％的合金伸長率由０．８％提高到２．６％。
ｃ．Ｃｏ：Ｃｏ的作用與Ｍｎ相似，但需要稍加入以使富鐵相成球形，有人建議Ｆｅ／Ｃｏ的比率應為１∶２，同時Ｃｏ的加入于其本身的偏析體小，所以其效果優于Ｍｎ。
ｄ．Ｂｅ：也可作為一種中和劑，當Ｂｅ加入量＞０．４％時，能形成一種ＡｌＦｅＢｅ緊密相，同時由于Ｂｅ是一種很好的抗氧化劑，能提高Ａｌ合金的性能，在砂型鑄造件能使ＡｌＳｉ０．６Ｍｇ合金的抗拉強度提高５％～１０％，同時不降低其延伸率，另據報道，在Ａｌ－６Ｓｉ合金中加入０．０５％～０．５％Ｂｅ會使Ｆｅ雜質相的形態由長針改變為危害較小的園球形或近園球形，從而提高合金的塑性。
ｅ．Ｍｏ：可用來中和Ｆｅ的有害作用，其效果比Ｍｎ好，它是Ａｌ－Ｓｉ合金中Ｆｅ的有效變質劑，在含Ｆｅ１．２％的合金中加入０．２％的Ｍｏ和０．１％的Ｓ能使合金的延伸率由１％增加到２．８％，抗拉強度由１６０ＭＰａ增到１８０ＭＰａ。
ｆ．Ｍｇ：也可起到中和雜質鐵的有害作用，當含量在一定程度時會形成ＡｌＦｅＳｉＭｇ化合物相，從而減少β鐵相的形成。
ｇ．Ｎｉ和Ｓ：也是鐵有害作用的中和劑，其中Ｓ還能作為鋁合金的變質劑，據報道加入硫磺可使鐵相大部分變為短桿狀及漢字狀，有少量是團球狀、塊狀。但單獨加時效果不理想，須與其它元素如Ｍｎ、Ｃｒ、稀土等配合，其效果明顯。
ｈ．稀土ＲＥ：稀土是一種很好的Ｆｅ相變質劑，據報道，對４１３合金加入０．０４％～０．０６％Ｓｒ，可有效減少β鐵相的數量和尺寸，對６０６３合金，當加入０．０５％Ｓｒ后，所存在鐵相化合物呈漢字狀，且細化。日本專利也曾報道加入０．００５％～０．１０％Ｓｒ及相同量的Ｚｎ，可減少β鐵的數量和尺寸，并且在許多Ａｌ－Ｓｉ系及型材合金中得到證實，這主要是由于ＲＥ本身是一種變質劑，合金凈化劑，它的加入可有效去除鐵的有害作用。
總之，對于變質中和劑，它能減少消除β鐵相的形成，但它本身并不能去除Ｆｅ的有害作用，只起減緩作用，且隨Ｆｅ量增加使用的變質劑量也增多，一定程度上降低合金的韌性，并且，由于其形成各種復雜化合物會帶來其它相關的副作用，因此，我們提倡使用變質劑，且使用復合的綜合性能變質劑，盡可能加入量少。
２．２．２ 熔體過熱和快冷處理
ａ．熔體過熱
據報道，過熱處理可減少富鐵相的形核核心，這是由于在高溫時β富鐵相的形核核心是γ（Ａｌ），而γ（Ａｌ）在低溫時存在，當溫度高到一定程度時（≥８５℃），γ（Ａｌ）相就轉變為α（Ａｌ），不利于β鐵相的形核，從而抑制了β鐵相的出現。同時發現隨熔體過熱度的增加，鑄件中富鐵的晶間化合物變的越細，當澆注溫度大于８００℃時，合金中的片狀β鐵相就轉變為α鐵相，且這個過程不可逆轉，即一旦熔體過熱到足以產生α相的溫度隨后的處理和靜置對鐵相形態無影響，并且當鐵量愈高時，用過熱方法改變就越來越困難。在實際操作中由于過熱后熔體吸氣，氧化嚴重，所以一般很少采用。
ｂ．快速冷卻處理
快速冷卻處理可減弱鐵的有害作用，這是大家所共認的，國家專業標準中規定的砂型鑄造的質量小于金屬型也就是這個道理。快速冷卻時合金液中形核核心多，界面推進速度快，形成的有害鐵相在同等條件下要短、要細，甚至看不到針狀相，同時合金中中和Ｆｅ相所需的Ｍｎ量也隨凝固過程中冷速的變化而變化，冷卻速度對Ｆｅ相形態也有很大影響。當冷速＜０．１℃／ｓ時，有助于β鐵相的形成，當冷速＞１０℃／ｓ時，會抑制β鐵的產生。
３ 討論
（１）合金中Ｆｅ含量是否應符合國標？
在合金化處理方法和提高冷卻速度條件下，我們可以減少甚至消除針狀鐵相的危害作用，使其組織性能達到國標規定的要求，此時合金中鐵含量已超標，甚至嚴重超標，那么此時應以成分為主呢，還是以性能為主？我們主張Ｆｅ的有害作用消除了，其含量或者說鐵含量當量（即此時的鐵含量以平常的國標相當的量）應僅作參考，主要以組織性能為依據，成分不應具有否決權，與國外鑄造發達國家相比，我國國標規定的Ｆｅ含量明顯嚴于國外，因此我們希望我國專業行業標準能出現相應的標準。
（２）減少鐵的有害作用在生產中如何操作？
在生產實際中過熱處理，由于會帶來元素的嚴重燒損，吸氣嚴重，所以不太采用，而離心澆注需要離心機等設備，對專業合金生產廠猶可，而一般廠家也無法為了它而上設備。最實用且可行的就是合金化變質處理和提高冷卻速度，變質處理中應提倡使用具有復合作用效果的加入量可小，一種元素多種功能的元素或幾種元素復合劑，同時提倡機械與變質方法復合處理。
