CN103290245A - 再生铝硅系合金材料的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种再生铝硅系合金材料的生产工艺，包括配料、熔化搅拌、熔硅、精炼工序以及浆化工序，浆化工序是将精炼所得到的铝硅系合金熔液的温度控制在其共晶温度±35℃内进行电磁搅拌，直至铝硅系合金熔液的固体质量分数为50～65%。本发明能够有效破碎、细化晶枝，提高了再生铝硅系合金材料的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝硅系合金材料的制备工艺，特别是一种利用废旧铝合金生产再生铝硅系合金材料的工艺方法。
背景技术
目前，利用废旧铝合金进行再生铝硅系合金材料生产的工艺包括：配料、熔化搅拌、调整成分、熔硅、成分检测及精炼等工序，由该工艺生产的再生铝硅系合金材料主要应用于摩托车、通用机械以及不太重要的汽车零部件生产，因为这些零部件对材料的强度和韧性没有过高的要求，由于其难以满足对包括强度和延伸率等综合性能较高的压铸零件的要求，故其无法用于轻量化、高强度、高韧性的核心精密零件领域。
再生铝硅合金如何在得到高强度的同时又获得较好的韧性，是一直困扰再生铝硅系合金生产的难题，原因在于：再生铝硅系合金的原料来源于经过一定使用周期后报废的废旧铝合金，废旧铝合金是已经合金化后的铝材料，具有熔化时熔点低于原生铝，加入其中的金属硅溶质不易扩散的特点，且废铝合金中的成分及含量十分复杂，有较多的金属间有害化合物和相界氧化物，破坏了材料基底。
铝硅系铸造铝合金属于金属‐非金属共晶型合金，凝固过程中非金属相位不相同，非金属相硅的两枝晶间距在大小中变化，凝固后成长速度较快的硅晶呈纤维状的，对合金的强度、韧性有利；成长较慢的硅晶则呈连续的粗片状，由于粗片状硅晶粒性质很脆，使得合金性能变差，而其他元素晶体表现出针状、树枝状、柱状等组织组成物，也均起着破坏材料内部组织结构的作用。并且与原生铝硅系合金熔体相比，再生铝硅系合金熔体是在已经大量含硅的熔体中再次补加硅原料，因此这种片状硅及其他元素所产生的针状、树枝状、柱状的几率和数量大大高于原生铝熔体。
现有再生铝硅系合金材料生产工艺为了提高合金材料的强度和延伸率，主要是依靠添加金属铜的方式来实现，但添加金属铜无疑将增大再生铝硅系合金材料的成本。
用再生铝硅系合金材料制造的产品与用原生铝硅系合金材料制造的产品，在强度和韧性方面存在着较大的差异，尤其在韧性方面差异更大。因此在再生铝硅系合金材料生产过程中必须通过精炼来提纯、净化熔体，使得到的材料具有较好的综合性能。在精炼工序中需使用精炼剂，目前，再生铝硅系合金材料的生产是沿用原生铝硅系合金材料生产所使用的精炼剂，由于再生铝与原生铝的属性存在着很大的差异，原生铝纯度高，而再生铝则含有大量的氧化铝及各种化合物杂质，将原生铝使用的精炼剂用于再生铝则完全忽视了再生铝的特性，这无疑也对再生铝硅系合金材料的综合性能产生不利影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种再生铝硅系合金材料的生产工艺，以得到包括强度和延伸率等综合性能较高的再生铝硅系合金材料。
本发明所述再生铝硅系合金材料的生产工艺，包括配料、熔化搅拌、熔硅及精炼工序，在精炼工序之后还有浆化工序，该浆化工序是将精炼所得到的铝硅系合金熔液的温度控制在其共晶温度±35℃内进行电磁搅拌，直至铝硅系合金熔液的固体质量分数为50～65%。
在所述浆化工序中，电磁搅拌的电磁频率为10～40Hz。
在所述浆化工序中，电磁搅拌的中心磁场强度为30～60毫克（即300～600Gs）。
所述精炼工序中所使用的精炼剂由以下组分按重量百分比组成：15～55%氯化钠、2～18%氟硅酸钠、3～20%氯化钾、2～15%碳酸钠、5～35%硫酸钠、6～20%氟铝酸钠、0.1～8%氟化钙、0.5～10%二氧化硅。
在所述精炼工序中，每吨熔液的精炼剂用量为2～4Kg。
在所述精炼工序中，精炼温度为620～780℃。
在所述精炼工序中，精炼时间为20～60分钟。
浆化工序是利用电磁搅拌，使再生铝硅系合金母液内部溶质产生相对运动，在凝固过程中让溶质之间形成内部摩擦产生剪切应力，从而将母液中片状硅晶枝及其他元素所形成的针状、树枝状、柱状晶枝破碎成点状，使其以溶质的形式分布在整个材料界面，当晶枝破碎成点后，可使铝硅的相界结合更为紧密。
本发明所述再生铝硅系合金材料的生产工艺，通过浆化工序中的电磁搅拌方式来破碎、细化再生铝硅系合金材料的硅晶枝及其他元素所形成的针状、树枝状及柱状晶枝，使其获得了致密均匀的组织形貌，改善了再生铝材料基底，增强了再生铝硅系合金材料的强度与韧性，在综合性能指标上等同或高于以原生铝为原料的铝硅系合金材料，与现行的工艺相比，本发明工艺可使合金材料的屈服强度提高8%～40%，抗拉强度提高16%～35%，延伸率提高5%～50%，硬度提高5%～20%。
现有再生铝硅系合金材料生产工艺通过投入金属铜等贵金属来提高合金材料的综合性能，而采用本发明工艺能够大大降低金属铜的添加量，并使合金材料能达到相同或更优的强度和延伸率等综合性能。现有工艺中每吨再生铝硅系合金的添加量在3%左右，而采用本发明，只需投放约1.4%的铜，平均每吨可降低1.6%的铜添加量。
并且在精炼工序中采用本发明所述的精炼剂及其用量，以及精炼的温度和时间，能够使最终得到的再生铝硅系合金材料具备较好的综合性能。
采用本发明工艺与采用现行工艺生产的再生铝硅系合金材料的综合性能指标对比如表1至表5所示。
表1两种工艺生产的A365合金锭的力学性能对比
表2两种工艺生产的ADC12合金锭的力学性能对比
表3两种工艺生产的A390合金锭的力学性能对比
表4两种工艺生产的ZL107合金锭的力学性能对比
表5两种工艺生产的ZL101合金锭的力学性能对比
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细阐述：
实施例1：
再生铝硅系合金材料的生产工艺，包括配料、熔化搅拌、熔硅及精炼工序，在精炼工序中使用的精炼剂由以下组分按重量百分比组成：15%氯化钠、2%氟硅酸钠、3%氯化钾、15%碳酸钠、35%硫酸钠、20%氟铝酸钠、0.1%氟化钙、9.9%二氧化硅；每吨熔液的精炼剂用量为2Kg，精炼温度为620℃，精炼时间为20分钟。在精炼工序之后还有浆化工序，该浆化工序是将精炼所得到的铝硅系合金熔液的温度控制为其共晶温度+35℃，并对其进行电磁搅拌，电磁搅拌的电磁频率为10Hz，中心磁场强度为30毫克，直至铝硅系合金熔液的固体质量分数为50%即得再生铝硅系合金材料。
实施例2：
再生铝硅系合金材料的生产工艺，包括配料、熔化搅拌、熔硅及精炼工序，在精炼工序中使用的精炼剂由以下组分按重量百分比组成：40.5%氯化钠、18%氟硅酸钠、20%氯化钾、2%碳酸钠、5%硫酸钠、6%氟铝酸钠、8%氟化钙、0.5%二氧化硅；每吨熔液的精炼剂用量为4Kg，精炼温度为780℃，精炼时间为60分钟。在精炼工序之后还有浆化工序，该浆化工序是将精炼所得到的铝硅系合金熔液的温度控制为其共晶温度‐35℃，并对其进行电磁搅拌，电磁搅拌的电磁频率为40Hz，中心磁场强度为60毫克，直至铝硅系合金熔液的固体质量分数为65%即得再生铝硅系合金材料。
实施例3：
再生铝硅系合金材料的生产工艺，包括配料、熔化搅拌、熔硅及精炼工序，在精炼工序中使用的精炼剂由以下组分按重量百分比组成：30%氯化钠、10%氟硅酸钠、11.5%氯化钾、8.5%碳酸钠、20%硫酸钠、13%氟铝酸钠、3%氟化钙、4%二氧化硅；每吨熔液的精炼剂用量为3Kg，精炼温度为700℃，精炼时间为40分钟。在精炼工序之后还有浆化工序，该浆化工序是将精炼所得到的铝硅系合金熔液的温度控制为其共晶温度，并对其进行电磁搅拌，电磁搅拌的电磁频率为25Hz，中心磁场强度为45毫克，直至铝硅系合金熔液的固体质量分数为57.5%即得再生铝硅系合金材料。
Claims (7)
1.一种再生铝硅系合金材料的生产工艺，包括配料、熔化搅拌、熔硅及精炼工序，其特征在于：在精炼工序之后还有浆化工序，该浆化工序是将精炼所得到的铝硅系合金熔液的温度控制在其共晶温度±35℃内进行电磁搅拌，直至铝硅系合金熔液的固体质量分数为50～65%。
2.根据权利要求1所述再生铝硅系合金材料的生产工艺，其特征在于：在所述浆化工序中，电磁搅拌的电磁频率为10～40Hz。
3.根据权利要求1所述再生铝硅系合金材料的生产工艺，其特征在于：在所述浆化工序中，电磁搅拌的中心磁场强度为30～60毫克。
4.根据权利要求1或2或3所述再生铝硅系合金材料的生产工艺，其特征在于：所述精炼工序中所使用的精炼剂由以下组分按重量百分比组成：15～55%氯化钠、2～18%氟硅酸钠、3～20%氯化钾、2～15%碳酸钠、5～35%硫酸钠、6～20%氟铝酸钠、0.1～8%氟化钙、0.5～10%二氧化硅。
5.根据权利要求4所述再生铝硅系合金材料的生产工艺，其特征在于：在所述精炼工序中，每吨熔液的精炼剂用量为2～4Kg 。
6.根据权利要求4所述再生铝硅系合金材料的生产工艺，其特征在于：在所述精炼工序中，精炼温度为620～780℃。
7.根据权利要求4所述再生铝硅系合金材料的生产工艺，其特征在于：在所述精炼工序中，精炼时间为20～60分钟。
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