CN102676856B

CN102676856B - 一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺

Info

Publication number: CN102676856B
Application number: CN2012101586730A
Authority: CN
Inventors: 刘云; 张文达; 李传大; 党惊知; 白培康; 任霁萍
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: CN102676856A

Abstract

本发明公开了一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺，1)按亚共晶铸造铝硅合金成分配料；2)将合金及中间合金清洗干燥后放入功率为5KW的坩埚电阻炉中，加热完全熔化后，熔体温度控制在700±5℃；3)采用预热温度为300℃的石墨钟罩将步骤1)称取的纯Mg压入步骤2)得到的熔体中，静置3-5min；4)对步骤3)得到的熔体升温到740-760℃，加入称取好的AlSc₄中间合金，待其熔化完毕后，采用旋转喷吹高纯氩气的方式进行精炼处理15min，后静置10-20min后扒渣；5)将步骤4)得到的熔体降温至680℃-700℃浇入砂型，然后随模冷却到室温，得到含纤维状和短棒状共晶Si的铸态组织；6)将步骤5)得到的铸件按T6热处理工艺进行热处理，得到的颗粒状共晶硅组织和良好的力学性能。

Description

一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺

技术领域

本发明涉及一种合金变质工艺，具体涉及一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺。

背景技术

亚共晶铝硅合金因其具有较高的比强度、良好的耐磨、抗腐蚀和铸造性能，已被广泛用来制造发动机机体、缸盖、活塞和缸套等零部件。该类合金组织主要由α-Al相和共晶Si相以及其他少量金属间化合物组成，其中Si相形貌和大小对其力学性能影响显著。铸造铝合金中的共晶硅呈粗大针状或板状，显著降低合金的强度和塑性，所以一般都要进行变质处理。变质处理的过程实际上就是共晶硅形貌、尺寸改变的过程，即共晶硅由粗大的针片状变成细小的纤维状或颗粒状。变质后合金的力学性能，尤其是韧性可得到明显改善。迄今为止发现具有变质作用的元素有Na、K、Ca、Sr、Sb和Y等稀土元素。Sc作为合金化元素已被成功地应用于变形铝合金中，成为铝合金中最有效的细化剂之一。

现有用于铸造铝硅合金的变质剂中，有的化学元素成分多，成本高，有的功能单一，不同时具有精炼和变质细化作用；有的容易产生大量废渣，且铸件产品腐蚀性能差；有的处理工艺复杂，操作麻烦，工作效率低。目前常规生产中，亚共晶铝硅合金应用最广泛的钠盐和钾盐变质剂中，Cl、F离子对铁质坩埚有严重的腐蚀作用，降低坩埚的使用寿命；其次，钠、钾沸点低，在高温时容易挥发，变质作用时间短。近年来又出现了不少新的变质方法，如用Sb、Sr、Bi变质等。这些变质方法有很多优点，但也有些缺点。Sb的熔点低，蒸汽压很大，在700℃时已大量挥发；Sb与Al会生成难熔化合物AlSb，沉入坩埚底部，且Sb易与Mg反应生成Mg3Sb2，造成Mg的烧损；Sb与Na反应互相抵消变质作用；Sr的变质有效时间6-7小时，随着变质时间的延长，熔体吸气倾向严重且不能用盐类精炼。

稀土元素具有很多独特的物理和化学性质，添加少量的稀土元素可以极大影响材料的组织和性能。稀土元素在铸造铝硅合金中具有很多积极作用，主要概况为变质作用、细化作用、除氢、精炼、合金化作用。稀土金属作为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，无腐蚀作用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺，该工艺得到的合金具有良好的组织和力学性能。

具体技术方案为：

一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺，包括以下步骤：

1)按亚共晶铸造铝硅合金成分配料；

2)将步骤1)配好的纯铝、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝钛中间合金等清洗干燥后放入功率为5KW的石墨黏土坩埚电阻炉中，加热完全熔化后，熔体温度控制在700±5℃；

3)采用预热温度为300℃的石墨钟罩将步骤1)称取的纯Mg压入步骤2)得到的熔体中，静置3-5min；

4)对步骤3)得到的熔体升温到740-760℃，加入称取好的AlSc₄中间合金(Sc的加入量占合金总量的0.15-0.2％)，待其熔化完毕后，采用旋转喷吹高纯氩气的方式进行精炼处理15min左右，后静置10-20min后扒渣，加入AlSc4中间合金后除气精炼可使产生强烈搅拌，促其充分反应；

5)将步骤4)得到的熔体降温至680℃-700℃浇入砂型，然后随模冷却到室温，得到含纤维状和短棒状共晶Si的铸态组织；

6)将步骤5)得到的铸件按T6热处理工艺进行热处理，纤维状的共晶Si在固溶处理过程中将发生颈缩、熔断，以致最终球化的过程。因此热处理后便得到球化良好的共晶Si。

进一步优选，步骤4)中所述的AlSc₄中间合金，其中Sc的加入量占合金总量的0.15-0.2wt％。

本发明的有益效果：请结合本发明的技术方案描述。

本发明的技术方案中，稀土Sc能使粗大的片状、多角状共晶Si明显地发生细化、纤维化，随着Sc含量的增加，共晶Si逐渐成为短棒状、颗粒状。但由于Sc的成本高，不宜过多的添加，因此本发明采用占合金总量的0.15-0.2wt％的Sc，形成含纤维状共晶Si的铸态组织(见图1)，在随后的热处理过程中，纤维状的共晶Si在高温固溶处理过程中更容易颈缩、熔断，以致最终球化。

附图说明

图1是不同Sc含量的变质剂对亚共晶铸造铝硅合金组织影响效果图；

图2是亚共晶铝硅合金中共晶Si相尺寸与Sc含量之间的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的方法作进一步详细地说明。

实施例1：本实施方式稀土Sc变质Zl114合金的方法通过以下步骤实现：

1)按Z1114合金成分配料：Si：6.5～7.5，Mg：0.45-0.60，Ti：0.10-0.20，Be：0.04～0.07，Fe(砂型铸造)：≤0.2，Mn：≤0.1，Al：余量，杂质总和：(砂型铸造)≤0.75。

2)将步骤1)配好的纯铝、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝钛中间合金等清洗干燥后放入功率为5KW的石墨黏土坩埚电阻炉中，加热完全熔化。

3)于700℃将预热温度为300℃的石墨钟罩将步骤1)称取的纯Mg压入步骤2)得到的熔体中，静置5min；

4)对步骤3)得到的熔体升温到740℃，加入称取好的AlSc₄中间合金(Sc的加入量占合金总量的0.15wt％，待其熔化完毕后，采用旋转喷吹高纯氩气的方式进行精炼处理15min左右，后静置10min后扒渣。

5)将步骤4)得到的熔体降温至690℃浇入砂型，得到纤维状和短棒状的共晶Si。

6)将步骤5)得到的铸件按T6热处理工艺(固溶处理(525℃×8h)+时效处理(160℃×9h))进行热处理，最后得到球化良好的共晶Si。

实施例2：本实施方式稀土Sc变质Zl107合金的方法通过以下步骤实现：

1)按Zl107合金成分配料：Si：6.5～7.4，Cu：3.5～4.5，Zn：0.8～1.2，Mg：0.1～0.2，Cd：0.1～0.2，Fe≤0.12，Ti：0.1～0.2，Al：余量。

2)将步骤1)配好的纯铝、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝钛中间合金等清洗干燥后放入功率为5KW的石墨黏土坩埚电阻炉中，加热完全熔化。

3)于700℃将预热温度为300℃的石墨钟罩将步骤1称取的纯Mg压入步骤2)得到的熔体中，静置3min；

4)对步骤3)得到的熔体升温到760℃，加入称取好的AlSc4中间合金(Sc的加入量占合金总量的0.18wt％)，待其熔化完毕后，采用旋转喷吹高纯氩气的方式进行精炼处理15min左右，后静置15min后扒渣。

5)将步骤4)得到的熔体降温至680℃浇入砂型，得到纤维状和短棒状的共晶Si。

6)将步骤5)得到的铸件按T6(固溶处理(490℃×6h+525℃×4)+时效处理(170℃×6h)热处理工艺进行热处理，最后得到球化良好的共晶Si。

实施例3：本实施方式稀土Sc变质Zl702合金的方法通过以下步骤实现：

1)按Zl702合金成分配料：Si：6.0-7.0，Cu：1.5，Mg：0.35，Ti：0.1～0.2，Mn：0.1～0.2，Fe≤0.2，Al：余量。

3)于700℃将预热温度为300℃的石墨钟罩将步骤1)称取的纯Mg压入步骤2)得到的熔体中，静置3min；

4)对步骤3)得到的熔体升温到750℃，加入称取好的AlSc4中间合金(Sc的加入量占合金总量的0.2wt％)，待其熔化完毕后，采用旋转喷吹高纯氩气的方式进行精炼处理15min左右，后静置20min后扒渣。

5)将步骤4)得到的熔体降温至700℃浇入砂型，得到纤维状和短棒状的共晶Si。

6)将步骤5)得到的铸件按T6(固溶处理(500℃×3h+530℃×14h)+时效处理(175℃×6h)热处理工艺进行热处理，最后得到球化良好的共晶Si。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)按含有Mg的亚共晶铸造铝硅合金成分配料；

2)将步骤1)配好的纯铝、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝钛中间合金清洗干燥后放入功率为5kW的石墨黏土坩埚电阻炉中，加热完全熔化后，熔体温度控制在700±5℃；

4)对步骤3)得到的熔体升温到740-760℃，加入称取好的AlSc₄中间合金，待其熔化完毕后，采用旋转喷吹高纯氩气的方式进行精炼处理15min，后静置10-20min后扒渣；

6)将步骤5)得到的铸件按T6热处理工艺进行热处理，所述T6热处理工艺为固溶处理525℃×8h+时效处理160℃×9h。

2.根据权利要求1所述的亚共晶铸造铝硅合金变质工艺，其特征在于，步骤4)中所述的AlSc₄中间合金，其中Sc的加入量占合金总量的0.15-0.2wt％。