一種稀土Er變質(zhì)亞共晶鋁硅合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金鑄造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及亞共晶鋁硅合金變質(zhì)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]亞共晶鋁硅合金由于其鑄造流動性好、氣密性好、收縮率小、熱裂傾向小，成為一種應(yīng)用最廣泛的鑄造合金。但在鑄態(tài)合金中，共晶硅相是以片層狀的形態(tài)分布在鋁基體上，粗大的片層狀硅相會嚴(yán)重割裂合金基體，且易在硅相尖端和棱角部位引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致合金的力學(xué)性能明顯降低。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用變質(zhì)處理的方法來消除硅相的不利影響。變質(zhì)處理是通過加入一些微量元素改善共晶硅的形狀、大小和分布，從而粗大的片層狀硅相變質(zhì)成細(xì)小顆粒狀，大大提升合金的力學(xué)性能。
[0003]針對亞共晶鋁硅合金的變質(zhì)主要有Na變質(zhì)、Sr變質(zhì)、Sb變質(zhì)和稀土變質(zhì)。Na元素變質(zhì)雖然變質(zhì)效果好，可使片狀的共晶硅相纖維化，但是易衰退失效。Sr變質(zhì)雖然具有長效性、重熔性好、變質(zhì)效果明顯等優(yōu)點，但潛伏期長、吸氣傾向嚴(yán)重、燒損嚴(yán)重，組織容易產(chǎn)生氣孔、縮松等缺陷。Sb變質(zhì)具有不衰退、脫氣等優(yōu)點，但Sb變質(zhì)效果一般，且相應(yīng)時間慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有變質(zhì)方法的缺點，提出一種用于亞共晶鋁硅合金的新型變質(zhì)方法，其具有變質(zhì)效果好、響應(yīng)時間快、抗衰退性好、成本低廉、工藝簡單等優(yōu)點。此外，還具有脫氫除氣、精煉熔體、減少氧化夾雜物的作用。
[0005]—種變質(zhì)亞共晶鋁硅合金的新方法，主要包括中間合金加入、靜置保溫、澆注等步驟，其特征在于:鋁硅合金在熔融后，添加精煉劑進行精煉除氣，隨后加入Er元素，在720°C溫度下靜置保溫，在一定溫度下澆注成形。
[0006]Er元素以合金形式加入，Er元素在合金熔液中的質(zhì)量百分含量控制在0.05-0.5wt.%，優(yōu)選0.3wt.%，此時的變質(zhì)效果最佳。
[0007]Er元素以Al-Er合金加入后，在720°C溫度下靜置保溫lOmin，此時的變質(zhì)效果最佳。
[0008]加入Al-Er合金后，在740°C溫度下澆注成形，此時的變質(zhì)效果最佳。
[0009]本發(fā)明具體技術(shù)方案如下:
[0010](I)按亞共晶鋁硅合金的成分進行配料；
[0011](2)將配好的亞共晶鋁硅合金的原料如包括高純鋁、鋁硅合金、鋁銅合金、鋁錳合金等放入干燥箱內(nèi)干燥后，隨后放入石墨黏土坩禍(如2.5Kg石墨黏土坩禍)中隨爐加熱；在電阻爐中將合金熔化之后，加熱至720°C ；
[0012](3)用預(yù)熱至300°C的石墨鐘罩，將鋁箔包裹精煉劑壓入步驟(2)合金熔液內(nèi)部并緩慢攪拌，精煉劑為質(zhì)量比1:1的六氯乙烷和氟硅酸鈉，加入量為合金熔液質(zhì)量的0.5% -2.0%，一分鐘后用扒渣勺除去表面的殘渣；
[0013](4)向步驟(3)合金熔液中加入Er元素，充分?jǐn)嚢瑁珽r元素在合金熔液中的質(zhì)量百分含量控制在0.05-0.5wt.%，優(yōu)選0.3wt.% ；
[0014](5)步驟(4)的合金熔液在一定溫度下進行保溫靜置處理之后，在一定溫度時澆注到事先預(yù)熱到250°C的金屬型模具中。
[0015]本發(fā)明所用的中間合金均為常用合金。
[0016]在亞共晶鋁硅合金中添加Er后，適量的添加改變了共晶硅相的形貌和大小，硅相由粗大的層片狀變?yōu)榧?xì)小的顆粒狀，且共晶Si相的平均面積下降了 80%，產(chǎn)生很明顯的變質(zhì)效果。在凝固過程中，當(dāng)熔液達到共晶反應(yīng)點時，發(fā)生共晶形核。硅相作為領(lǐng)先相，其固液界面前沿存在著很多界面臺階，硅原子在這些臺階上堆砌長大，加入Er元素之后，Er元素吸附在硅原子生長臺階上，由于Er原子半徑遠遠大于硅原子，改變了硅相密排面的原子堆積次序及生長方向，從而產(chǎn)生變質(zhì)效果。在Er變質(zhì)中熔液的冷卻速率起到一定的影響，因此澆注時選擇金屬型模具。
[0017]本發(fā)明在保溫時間為60min時，仍有保持最佳的變質(zhì)效果，具有長效性，克服了 Na變質(zhì)的易衰退缺點。在鑄態(tài)組織中存在的氣孔率和縮孔率很低，克服了 Sr變質(zhì)過程容易析氫的缺點，不發(fā)生氯化反應(yīng)，克服了 Sr變質(zhì)易燒損的缺點。添加Er元素5min后，共晶硅的形貌和大小就得到極大地優(yōu)化，克服Sb變質(zhì)響應(yīng)慢、效果差的缺點；
[0018]稀土Er易與氧、硫、鹵族元素等形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的化合物，沉淀在熔液底部，起到精煉的目的。Er與鋁合金中的低熔點元素Sn、B1、Pb、Zn等生成熔點高、密度輕的二元或多元化合物，這些化合物上浮成渣析出從而凈化鋁液。稀土元素Er具有良好的變質(zhì)作用，其變質(zhì)潛伏期短、變質(zhì)有效時間長。此外，Er對鋁合金還具有脫氫除氣、減少氧化夾雜物的作用，改善合金的組織，提升其力學(xué)性能。
【附圖說明】
[0019]圖1為500倍未變質(zhì)的亞共晶鋁硅合金的鑄態(tài)組織掃面電鏡圖；
[0020]圖2為500倍充分變質(zhì)后的亞共晶鋁硅合金的鑄態(tài)組織掃面電鏡圖；
[0021]圖3為5000倍未變質(zhì)的亞共晶鋁硅合金的鑄態(tài)組織掃面電鏡圖；
[0022]圖4為5000倍充分變質(zhì)后的亞共晶鋁硅合金的鑄態(tài)組織掃面電鏡圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明對于亞共晶鋁硅合金均適用，本發(fā)明的以下是害死了只是為了詳細(xì)的舉例說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施方式，凡是本發(fā)明的核心技術(shù)條件下的各種修改和替換，均屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。其中未變質(zhì)的亞共晶鋁硅合金指的是不加Er元素的過程。
[0024]實施例1:
[0025]I)在對亞共晶鋁硅合金進行配料的過程中，配制鋁硅合金、鋁銅合金、鋁錳合金與純鎂后，Si元素在合金中質(zhì)量比為7wt.%，Cu元素在合金中質(zhì)量比為0.05wt.%，Mn元素在合金中質(zhì)量比為0.08wt.%，Mg元素在合金中質(zhì)量比為0.35wt.%；2)在電阻爐中將純鋁與所有合金熔化之后，加熱至720°C;3)用六氯乙烷和氟硅酸鈉(質(zhì)量比1:1)組成的精煉劑進行精煉、扒渣；4)在720°C時，將事先鋁箔包裹鋁鎂合金加入溶液中，攪拌之后保溫5分鐘；5)以一定形式向合金中加入Er元素，充分?jǐn)嚢?，Er元素在合金質(zhì)量控制在0.05-0.5wt.%，優(yōu)選0.3wt.% ;7)加入Er元素后，進行保溫處理，一定溫度下澆注到預(yù)熱250°C的金屬型模具中。具體變質(zhì)效果見圖2與圖4。
[0026]實施例2:
[0027]與實施例1不同之處在于，Si元素在合金中質(zhì)量比為3wt.%，Cu元素在合金中質(zhì)量比為0.05wt.%, Mn元素在合金中質(zhì)量比為0.1wt.%, Mg元素在合金中質(zhì)量比為0.3wt.%;加入Er元素后，在680-740 °C之間保溫處理，優(yōu)選保溫溫度為720°C，保溫處理后澆注到預(yù)熱250°C的金屬型模具中。在此條件下可達到與實施例1相同的變質(zhì)效果。
[0028]實施例3:
[0029]與實施例1不同之處在于，Si元素在合金中質(zhì)量比為5wt.%, Cu元素在合金中質(zhì)量比為0.1wt.%, Mn元素在合金中質(zhì)量比為0.1wt.% ;加入Er元素后，在720°C保溫10-60min，優(yōu)選保溫時間為lOmin，保溫處理后澆注到預(yù)熱250°C的金屬型模具中。在此條件下可達到與實施例1相同的變質(zhì)效果。
[0030]實施例4:
[0031]與實施例1不同之處在于，Si元素在合金中質(zhì)量比為8.5wt.%, Cu元素在合金中質(zhì)量比為0.1wt.%, Mn元素在合金中質(zhì)量比為0.1wt.%, Mg元素在合金中質(zhì)量比為0.38wt.加入Er元素后，在680-780°C條件下澆注到預(yù)熱250°C的金屬型模具中，優(yōu)選的澆注溫度為740°C。在此條件下可達到與實施例1相同的變質(zhì)效果。
[0032]實施例5:與實施例1不同之處在于，Si元素在合金中質(zhì)量比為llwt.%，Cu元素在合金中質(zhì)量比為0.2wt.%，Mn元素在合金中質(zhì)量比為0.15wt.%，Mg元素在合金中質(zhì)量比為0.45wt.加入Er元素后，在720°C保溫1min后，在740°C時澆注到預(yù)熱250°C的金屬型模具中。在此條件下可達到與實施例1相同的變質(zhì)效果。
【主權(quán)項】
1.一種變質(zhì)亞共晶鋁硅合金的新方法，主要包括中間合金加入、靜置保溫、澆注步驟，其特征在于:鋁硅合金在熔融后，添加精煉劑進行精煉除氣，隨后加入Er元素，在720°C溫度下靜置保溫，在一定溫度下澆注成形。2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，Er元素以合金形式加入，Er元素在合金熔液中的質(zhì)量百分含量控制在0.05-0.5wt.%。3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，Er元素在合金熔液中的質(zhì)量百分含量控制在0.3wt.% ο4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，Er元素以Al-Er合金加入后，在720°C溫度下靜置保溫1min。5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，加入Al-Er合金后，在740°C溫度下澆注成形。6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，添加精煉劑進行精煉除氣為:用預(yù)熱至300°C的石墨鐘罩，將鋁箔包裹精煉劑壓入合金熔液內(nèi)部并緩慢攪拌，精煉劑為質(zhì)量比1:1的六氯乙燒和氟娃酸鈉，加入量為合金恪液質(zhì)量的0.5% -2.0%, 一分鐘后用扒渣勺除去表面的殘渣。7.按照權(quán)利要求1-6任一項所述的方法制備得到的變質(zhì)亞共晶鋁硅合金。
【專利摘要】一種稀土Er變質(zhì)亞共晶鋁硅合金的方法，屬于鋁合金鑄造技術(shù)領(lǐng)域。鋁硅合金在熔融后，添加精煉劑進行精煉除氣，隨后加入Er元素，在720℃溫度下靜置保溫，在一定溫度下澆注成形。稀土元素Er具有良好的變質(zhì)作用，其變質(zhì)潛伏期短、變質(zhì)有效時間長。此外，Er對鋁合金還具有脫氫除氣、減少氧化夾雜物的作用，改善合金的組織，提升其力學(xué)性能。
【IPC分類】C22C1/03, C22C21/04, C22C1/06
【公開號】CN105200257
【申請?zhí)枴緾N201510685535
【發(fā)明人】陳子勇, 侯瀟, 柴麗華, 李賀, 楊貴芳, 喬勇, 聶祚仁
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月20日