CN101705398A - 一种半固态流变成形用稀土铝合金及其半固态浆料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半固态金属成形技术领域。本发明的目的在于提供一种半固态流变成形用稀土铝合金及其半固态浆料制备方法。该合金成分范围为Si：6.5～7.5wt.％，Mg：0.25～0.45wt.％，Er：0.1～0.8wt.％，余量为铝及不可避免的杂质。本发明由于添加了稀土Er元素，细化了初生a-Al相，相比于未添加Er元素的合金，其半固态组织球状颗粒更加细小、均匀。所给出的合金适合半固态成形的特点主要表现在：1)初生a-Al相为细小、均匀的球形非枝晶组织；2)在半固态流变成形时，对温度的控制精度降低，而且不需要复杂的制备装置，从而降低了工艺控制成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种半固态流变成形用稀土铝合金，属于半固态金属成形技术领域。
背景技术
自上世纪七十年代M.C.Flemings教授提出半固态成形的概念以来，半固态成形技术由于其独特的技术优势和广阔的应用前景倍受各国的关注。与传统液态或固态成形工艺相比，半固态成形技术具有一系列优点：1)提高产品质量，减少气孔、缩松、偏析等铸造缺陷；2)减轻模具的热冲击，显著提高模具寿命；3)凝固收缩小，铸件尺寸精度高，可实现近终成形；4)与金属固态成形方法相比，半固态金属的流动应力显著降低，成形速度更高，而且可成形更为复杂的零件。
半固态成形技术的关键是制备出细小、均匀的初生球状组织，半固态成形过程在很大程度上取决于半固态浆料或坯料的组织形貌和尺寸。制备半固态浆料的方法很多，如机械搅拌法(美国专利3948650)、电磁搅拌法(美国专利4229210)、NRC(New RheoCasting)法(欧洲专利0745691)、超声振动法(美国专利7493934)等。这些方法直接或间接地对凝固过程中的金属进行搅动，使得初生相成为球状形态悬浮于剩余液相中。然而，这些制备半固态浆料的制备方法存在很多问题，例如搅拌过程中金属容易氧化，易卷入气体，而且制备装置复杂，生产成本高等。为了降低半固态合金浆料的制备与成型成本，低过热度浇注法、晶粒细化法等非搅拌的制备方法倍受各国学者的重视。
晶粒细化法利用化学晶粒细化剂制备晶粒细小的金属坯料，再将该坯料重新加热至金属固液两相区的温度范围内进行适当时间的保温处理，从而获得非枝晶的流变组织。WR Loue等人(WR Loue，M Suery，“Microstructural evolution during partial remelting of AlSi7Mgalloys.Mater Sci.and Eng.，1995，203A：1-13)在AlSi7Mg0.3合金中加入0.3wt.％的AlTiB晶粒细化剂，使金属型铸造的AlSi7Mg0.3合金坯料的初生晶粒尺寸细化到50μm。将该合金坯料试样加热到580℃，保温35min，就可以得到粒状初生a-Al组织，但初生晶粒形状不太圆整。晶粒细化法同样可以用于半固态流变成形，美国专利7025113采用AlTiB晶粒细化剂加入到亚共晶铝硅合金中，制备出了晶粒细小圆整的半固态浆料。
稀土可显著细化合金的铸态组织，使枝晶组织变为等轴晶。稀土元素还可拓宽固液两相区间，增加半固态停留时间。此外，稀土元素对Al-Si合金中共晶组织有很好的变质作用，稀土变质剂具有很好的长效性和重熔稳定性，而且还具有较强的去气净化能力。目前，已有学者采用稀土Y、Ce及混合稀土(MM)处理的方法制备出半固态成形的稀土铝合金。Liu Zheng等人(Liu Zheng，et al.，Effect of yttr um on the microstructure ofa semi-solid A356 Al alloy.Rare metals，2008，27：536-540)采用重稀土Y细化A356的方法制备半固态浆料，但是所获得的半固态组织初生相圆整度低，而且相互邻接在一起，不利于半固态成形.对于稀土元素Er的研究尚未见报道.我国稀土资源蕴藏丰富，对研制半固态成形的稀土铝合金有着很大的推动作用.
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合半固态流变成形的稀土铝合金。该合金能充分发挥半固态成形技术的特点，半固态组织为晶粒细小，均匀的非枝晶组织，符合半固态成形的技术要求。
一种半固态流变成形用稀土铝合金，其成分范围为Si：6.5～7.5wt.％，Mg：0.25～0.45wt.％，Er：0.1～0.8wt.％，余量为铝及不可避免的杂质。
所述的半固态流变成形用稀土铝合金中稀土Er的优选含量范围为0.3～0.5wt.％。
一种半固态流变成形用稀土铝合金半固态浆料的制备方法，该方法包括下述步骤：
(1)、采用上述的半固态流变成形用稀土铝合金；
(2)、将步骤(1)中的合金采用常规的方法进行熔炼、精炼、除渣；
(3)、将金属液浇注至不锈钢模具内。浇注温度为615～630℃，降低金属浆料温度，将温度控制在595±5℃，制得半固态浆料。
在所述的步骤(3)中，金属液浇注至不锈钢模具内的浇注温度为615～630℃。
在所述的步骤(3)中，金属浆料温度控制在595±5℃。
本发明由于添加了稀土Er元素，细化了初生a-Al相，相比于未添加Er元素的合金，其半固态组织球状颗粒更加细小、均匀。所给出的合金适合半固态成形的特点主要表现在：1)初生a-Al相为细小、均匀的球形非枝晶组织；2)在半固态流变成形时，对温度的控制精度降低，而且不需要复杂的制备装置，从而降低了工艺控制成本。
附图说明
图1、未添加Er元素的合金典型的显微组织。
图2、添加Er元素的合金典型的显微组织。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
对比例：首先将高纯铝(纯度为99.99％)656.7g和Al-12％Si中间合金838.4g加入到石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼合金，熔炼温度为750℃。待金属完全熔化后，用钟罩将6.4g纯Mg(纯度为99.9％)压入金属熔体中，合金在720℃用C2Cl6除气、精炼。采用K型热电偶监控金属液温度。将金属液温度降至615℃，浇注至不锈钢模具内，模具内径为50mm，高为100mm。继续降低金属浆料温度，将温度控制在595±5℃，制得Al-7Si-0.4Mg合金半固态浆料，此时合金处于半固态区间，将半固态合金取出淬水。合金典型显微组织如图1所示。
实施例1：首先将高纯铝(纯度为99.99％)631.7g和Al-12％Si中间合金838.4g加入到石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼合金，熔炼温度为750℃。待金属完全熔化后，用钟罩将6.4g纯Mg(纯度为99.9％)压入金属熔体中，合金在720℃用C2Cl6除气、精炼.静置20分钟后将温度升至750℃加入25Al-6％Er中间合金.采用K型热电偶监控金属液温度.将金属液温度降至615℃，浇注至不锈钢模具内，模具内径为50mm，高为100mm.继续降低金属浆料温度，将温度控制在595±5℃，制得Al-7Si-0.4Mg-0.1Er合金半固态浆料，此时合金处于半固态区间，将半固态合金取出淬水.
实施例2：首先将高纯铝(纯度为99.99％)581.7g和Al-12％Si中间合金838.4g加入到石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼合金，熔炼温度为750℃。待金属完全熔化后，用钟罩将6.4g纯Mg(纯度为99.9％)压入金属熔体中，合金在720℃用C2Cl6除气、精炼。静置20分钟后将温度升至750℃加入75gAl-6％Er中间合金。采用K型热电偶监控金属液温度。将金属液温度降至615℃，浇注至不锈钢模具内，模具内径为50mm，高为100mm。继续降低金属浆料温度，将温度控制在595±5℃，制得Al-7Si-0.4Mg-0.3Er合金半固态浆料，此时合金处于半固态区间，将半固态合金取出淬水。合金典型微观组织如图2所示。对比图1与图2可以发现，未添加Er元素时，半固态组织表现为明显的枝晶组织，添加Er元素后，半固态组织为晶粒细小，均匀的非枝晶组织。
实施例3：首先将高纯铝(纯度为99.99％)531.7g和Al-12％Si中间合金838.4g加入到石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼合金，熔炼温度为750℃。待金属完全熔化后，用钟罩将6.4g纯Mg(纯度为99.9％)压入金属熔体中，合金在720℃用C2Cl6除气、精炼。静置20分钟后将温度升至750℃加入125gAl-6％Er中间合金。采用K型热电偶监控金属液温度。将金属液温度降至630℃，浇注至不锈钢模具内，模具内径为50mm，高为100mm。继续降低金属浆料温度，将温度控制在595±5℃，制得Al-7Si-0.4Mg-0.5Er合金半固态浆料，此时合金处于半固态区间，将半固态合金取出淬水。
实施例4：首先将高纯铝(纯度为99.99％)456.7g和Al-12％Si中间合金838.4g加入到石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼合金，熔炼温度为750℃。待金属完全熔化后，用钟罩将6.4g纯Mg(纯度为99.9％)压入金属熔体中，合金在720℃用C2Cl6除气、精炼。静置20分钟后将温度升至750℃加入200gAl-6％Er中间合金。采用K型热电偶监控金属液温度。将金属液温度降至615℃，浇注至不锈钢模具内，模具内径为50mm，高为100mm。继续降低金属浆料温度，将温度控制在595±5℃，制得Al-7Si-0.4Mg-0.8Er合金半固态浆料，此时合金处于半固态区间，将半固态合金取出淬水。
Claims (5)
1.一种半固态流变成形用稀土铝合金，其成分范围为Si：6.5～7.5wt.％，Mg：0.25～0.45wt.％，Er：0.1％～0.8wt.％，余量为铝及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的半固态流变成形用稀土铝合金，其特征在于：所述Er的添加量为占该合金0.3～0.5wt.％。
3.根据权利要求1半固态流变成形用稀土铝合金的半固态浆料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)、采用权利要求1所述的半固态流变成形用稀土铝合金；
(2)、将步骤(1)中的合金采用常规的方法进行熔炼、精炼、除渣；
(3)、将金属液浇注至不锈钢模具内，浇注温度为615～630℃。降低金属浆料温度，将温度控制在595±5℃，制得半固态浆料。
4.根据权利要求3所述的半固流变成形用稀土铝合金浆料的制备方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中，将金属液浇注至不锈钢模具时，浇注温度为615～630℃。
5.根据权利要求3所述的半固流变成形用稀土铝合金浆料的制备方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中，金属浆料温度控制在595±5℃。
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