CN103131912B - 一种氢化锶变质的高性能铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢化锶变质的高性能铝合金材料及其制备方法，按重量比计，该合金成分为Cu:1.4~1.5%，Mn:0.4~0.5%，Mg:1.5~2.0%，Cr:0.1~0.2%，Zn:4.0~4.5%，Ti:0.01~0.15%，Si：≤1.0%，Fe：≤1.0%，变质剂SrH₂为炉料总量的0.15～0.2%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.03%，合计≤0.15%，本发明氢化锶变质的高性能铝合金材料具有更细小的晶粒结构和更高的纯净度。

Description

一种氢化锶变质的高性能铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法，特别涉及一种氢化锶变质的高性能铝合金材料及其制备方法。

背景技术

变质作用能够极大地提高铝合金的综合机械性能和化学稳定性指标，有时甚至是颠覆性的。能够产生变质作用的物质称为变质剂。

1）钠盐变质剂变质方法Na可使共晶硅的结晶由短圆针状变为细粒状，并降低共晶温度，增加过冷度，细化晶粒。其细化效果，对冷的慢的砂型、石膏型铸件而言比较好，还有分散铸件（铸锭）缩窝的作用，这对要求气密性好的铸件有重要的作用。钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，其缺点是：钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以Al-Mg系合金和含Mg量高于2%的Al-Si合金，一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象2）铝锶中间合金变质法这是国外使用的较多的一种长效变质方法。加入量为炉料总重量的0.04-0.05%的Sr。其优点是变质效果比钠盐好，氧化烧损也比钠盐小，有效变质持续时间长，对坩埚的腐蚀性也比钠盐小，因而可使坩埚的使用寿命延长。这种变质法操作也比使用钠盐安全卫生，不产生对人体和环境有害的气体，变质效果也比钠盐好，一般有80-90%的良好变质合格率。其缺点是：成本比钠盐高，要预先配制成中间合金，没有钠盐那样的有分散铸件缩窝的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对目前钠盐变质剂变质和铝锶中间合金变质存在的缺陷，以氢化锶为高效变质剂，以流态化方式随保护性气体加入到合金熔体中，通过与铝合金熔体发生化学反应或高温分解而释放出原子或离子状态的变质元素Sr，迅速均匀地扩散到铝熔体中，达到高效、均匀变质和净化熔体的目的，实现基体和金属化合物相的晶粒细化；并在铝合金生产中的取代中间合金，减少中间环节，节能降耗。

本发明的技术方案是，一种氢化锶变质的高性能铝合金材料，按重量比计，该合金成分为Cu:1.4~1.5%，Mn:0.4~0.5%，Mg:1.5~2.0%，Cr:0.1~0.2%，Zn:4.0~4.5%，Ti:0.01~0.15%，Si：≤1.0%，Fe：≤1.0%，变质剂SrH₂为炉料总量的0.15～0.2%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.03%，合计≤0.15%。

一种氢化锶变质的高性能铝合金材料，SrH₂的分子聚集态为10~200目。

一种氢化锶变质的高性能铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：在上述元素比例范围内，选定一组元素和变质剂SrH₂比例，再根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种组成的质量，编制合金生产配料表，并按配料表选足备料；

步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；

步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体氮气对熔体进行除气作业，同时使变质剂SrH₂以流态化方式随保护性气体氮气加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂SrH₂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体氮气至变质剂反应完毕；

步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。

与现有技术相比，本发明具有如下主要优点：

1、高效变质剂SrH₂，具有更好的变质效果，当高效变质剂SrH₂加热超过300℃时，会分解成原子态的锶和氢，更均匀低参与变质：

SrH₂→Sr(原子态)+2H(原子态)(＞300℃)

Sr+Al(液)→α(Al)共溶体→饱和共溶体→冷却→过饱和固溶体

Sr+Al(饱和共溶体)→Sr-Al(金属间化合物)

H(原子态)+H(铝熔体)→H₂(气体)；

2、取代中间合金，使铝合金制造企业不再受制于中间合金生产商，有利于创建“近成型、短流程”的集约生产线，节能降耗，降低综合成本。

具体实施方式

实施例1

步骤一，按配方选定一组元素，按重量比计：该合金成分为Cu:1.4%，Mn:0.4%，Mg:1.5%，Cr:0.1%，Zn:4.0%，Ti:0.01%，变质剂SrH₂为炉料总量的0.2%，其余为Al和不可避免的微量杂质，其中不可避免的微量杂质、Si和Fe都是由原料中带来的杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.03%，合计≤0.15%，Si：≤1.0%，Fe：≤1.0%；配制的合金总量为1000kg，则推算出所需的每种物质的重量为：Cu:14kg，Mn:4kg，Mg:15kg，Cr:1kg，Zn:40kg，Ti:0.1kg，Al：923.9kg，SrH₂：2kg；

步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；

步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体氮气对熔体进行除气作业，同时使变质剂SrH₂（10目）以流态化方式随保护性气体氮气加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂SrH₂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体氮气至变质剂反应完毕；

步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。

实施例2

步骤一：按配方选定一组元素，按重量比计：该合金成分为Cu:1.45%，Mn:0.45%，Mg:1.75%，Cr:0.15%，Zn:4.25%，Ti:0.0125%，变质剂SrH₂为炉料总量的0.075%，其余为Al和不可避免的微量杂质，其中不可避免的微量杂质、Si和Fe都是由原料中带来的杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.03%，合计≤0.15%，Si：≤1.0%，Fe：≤1.0%；配制的合金总量为1000kg，则推算出所需的每种物质的重量为：Cu:14.5kg，Mn:4.5kg，Mg:17.5kg，Cr:1.5kg，Zn:42.5kg，Ti:0.125kg，Al：918.63kg，SrH₂：0.75kg；

步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；

步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体氮气对熔体进行除气作业，同时使变质剂SrH₂（50目）以流态化方式随保护性气体氮气加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂SrH₂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体氮气至变质剂反应完毕；

步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。

实施例3

步骤一：按配方选定一组元素，按重量比计：该合金成分为Cu:1.5%，Mn:0.5%，Mg:2.0%，Cr:0.2%，Zn:4.5%，Ti:0.15%，变质剂SrH₂为炉料总量的0.01%，其余为Al和不可避免的微量杂质，其中不可避免的微量杂质、Si和Fe都是由原料中带来的杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.03%，合计≤0.15%，Si：≤1.0%，Fe：≤1.0%；配制的合金总量为1000kg，则推算出所需的每种物质的重量为：Cu:15kg，Mn:5kg，Mg:20kg，Cr:2kg，Zn:45kg，Ti:1.5kg，Al：911.4kg，SrH₂：0.1kg；

步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；

步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体氮气对熔体进行除气作业，同时使变质剂SrH₂（50目）以流态化方式随保护性气体氮气加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂SrH₂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体氮气至变质剂反应完毕；

步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。

Claims (3)

1.一种氢化锶变质的高性能铝合金材料，其特征在于：按重量比计，该合金成分为Cu:1.4~1.5%，Mn:0.4~0.5%，Mg:1.5~2.0%，Cr:0.1~0.2%，Zn:4.0~4.5%，Ti:0.01~0.15%，Si：≤1.0%，Fe：≤1.0%，变质剂SrH₂为炉料总量的0.15～0.2%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.03%，合计≤0.15%。

2.如权利要求1所述的一种氢化锶变质的高性能铝合金材料，其特征在于：SrH₂的分子聚集态为10~200目。

3.如权利要求2所述的一种氢化锶变质的高性能铝合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：在上述元素比例范围内，选定一组元素和变质剂SrH₂的比例，再根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种组成的质量，编制合金生产配料表，并按配料表选足备料；

步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，当加入铝锭时加热使之完全熔化并在700～800℃下保温；当加入熔融铝液时在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全熔解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；

步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体氮气对熔体进行除气作业，同时使变质剂SrH₂以流态化方式随保护性气体氮气加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂SrH₂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体氮气至变质剂反应完毕；

步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。