CN103820667B

CN103820667B - 覆盖剂及铝硅合金熔体处理方法

Info

Publication number: CN103820667B
Application number: CN201410080820.6A
Authority: CN
Inventors: 王同敏; 陈宗宁; 郑远平; 康慧君; 赵玉飞; 曹志强; 李廷举
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: CN103820667A

Abstract

本发明提供一种覆盖剂及铝硅合金熔体处理方法，所述覆盖剂包括重量配比如下的各组分：NaCl？35-45份；KCl？5-10份；NaF？20-30份；NaBF_4？20-30份；Na₃AlF_6？？0-5份。该配方科学、合理，能实现铝硅合金除铁、细化和变质的一步完成。本发明还公开了一种采用上述遮盖剂的铝硅合金熔体处理方法，该方法简单、易行，克服了现有技术的诸多缺点，本发明采用适当的熔炼工艺，实现了铝硅合金除铁、细化和变质一步完成，大大简化了铝合金熔炼步骤。

Description

覆盖剂及铝硅合金熔体处理方法

技术领域

本发明涉及铝硅合金的熔体处理技术，尤其涉及一种覆盖剂及铝硅合金熔体处理方法。

背景技术

铝硅合金由于优良的综合性能在航空航天、汽车运输等行业有着广泛的应用。随着科技的不断进步，对这种合金的使用性能提出了越来越高的要求。目前铝硅合金性能的提高主要通过三种手段，即成分设计、先进的加工工艺以及精确的热处理。

铝硅合金的力学性能对铁（Fe）十分敏感。Fe含量较高时材料的强度和塑形将显著降低。由于熔炼与铸造过程中难以避免地引入Fe，如各种铸造的铁质工具、重熔废料等，Fe的去除一直是铝硅合金铸造的顽疾。

另外常用的提高铝硅合金力学性能方法还有对初生α−Al进行晶粒细化，以及对共晶组织进行变质。前者多采用Al−Ti−B制成的晶粒细化剂，后者使用Na、Ca、Sr等添加剂。

在常规操作中，除铁、细化和变质分属不同的工艺环节，且相互间易发生干扰，如用于细化的B元素和用于变质的Sr之间易产生毒化作用，使两种作用相互抵消。现有覆盖剂由NaCl 和KCl组成，起到的主要作用是防止铝合金液氧化，提高熔体质量。由于除铁、变质、细化所用的元素不同，元素间易发生相互干扰，因此不能一步实现。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有覆盖剂需要分步实现铝合金除铁、细化和变质，导致供需复杂的问题，提出一种覆盖剂，该覆盖剂应用在熔体处理，能实现铝硅合金除铁、细化和变质一步完成。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：覆盖剂包括重量配比如下的各组分：

NaCl 35-45份，优选为38-42份；KCl 5-10份，优选为6-9份；NaF 20-30份，优选为22-28份；NaBF₄20-30 份，优选为 22-28份；Na₃AlF₆0-5份，优选为 1-4份；所述覆盖剂由上述各组分混合制备而成。

进一步地，所述覆盖剂的含水量为零，即所述覆盖剂中不能含有水分，原因是：一方面水分易与铝液反应发生爆炸，另一方面会影响熔体的处理效果。而覆盖剂易吸潮，所以必须提前烘干。所述烘干包括以下步骤：各组分混合后在230-270℃下干燥1-3h，优选的在250℃下对混合盐烘干2h，所述干燥设备包括但不限于鼓风干燥箱。

为了让覆盖剂中各组分混合均匀，通常需在将各组分混合后球磨20-40min，优选为球磨30min。

本发明的另一个目的还公开了一种熔体处理方法，该

方法能使铝硅合金除铁、细化和变质一步完成。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铝硅合金熔体处理方法，采用所述覆盖剂，具体包括以下步骤：

（1）、将铝硅合金升温（升温至铝合金的熔点，约为640℃），待金属完全熔化，立即于金属液表面抛撒占铝硅合金0.1-2.0%质量分数的覆盖剂；

（2）、将金属液升温至780-850℃，保温0.5-2h，然后降温至740-770℃；

（3）、向金属液表面抛撒占铝硅合金0.5−2.0%质量分数的覆盖剂；

（4）、对金属液进行搅拌，使反应充分进行；

（5）、通入惰性气体对金属液进行精炼5−10min，精炼后静置10-20min，优选的静置时间为15min；

（6）、对金属液表面去渣后，浇注。

进一步地，所述步骤（1）中的覆盖剂的添加量为铝硅合金0.2-1.0%质量分数，更优选为铝硅合金0.5%质量分数。

进一步地，所述步骤（2）中金属液升温至790-810℃，更优选的为800℃，保温1-1.5h，更优选的为1 h，然后降温至750-770℃，更优选的为760℃。

进一步地，所述步骤（3）中覆盖剂的添加量为铝硅合金0.2-1.0%质量分数，更优选为铝硅合金0.5%质量分数。

进一步地，所述步骤（4）中搅拌采用搅拌桨完成。

进一步地，所述惰性气体为Ar气。

本发明覆盖剂配方科学、合理，采用该覆盖剂的铝硅合金熔体处理方法简单易行，能同时对铝硅合金进行除铁、细化和变质的熔体处理，与现有技术相比较具有以下优点：

（1）、本发明覆盖剂采用NaCl−KCl基的卤化物盐类混合物，通过添加设定配比的NaF、NaBF₄、Na₃AlF₆来达到对熔体同时进行除铁、细化和变质三种处理；

（2）、经过铝硅合金熔体处理方法处理后的合金，其力学性能将得到显著提高；

（3）、本发明所述覆盖剂通过两步加入到熔体中，第一步是在金属刚开始熔化时，可以显著减少熔体处理过程中（由于高温熔炼、搅拌等过程）产生的氧化，提高熔体质量，加入量为炉料总量的0.1-2.0%；第二步是在780-850℃过热再降温至740-770℃后再补充加入炉料总量0.5−2.0%的覆盖剂，从而避免一次加入过多覆盖剂易产生反应不均匀，处理效果不佳，熔体局部产生大量氧化夹杂等不良作用。经过初步试验探索，覆盖剂补充加入量最优值约为炉料总量的0.5−1.5%。

附图说明

图1为本发明同时对铝硅合金进行除铁、细化和变质的熔体处理方法的加工曲线图；

图2为不同混合盐覆盖剂加入量时AlSi₇Mg_0.3Fe_0.65合金的微观组织图；其中a –f的加入量分别为炉料的0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 wt.%。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

本实施例公开了一种用于铝硅合金熔体处理的覆盖剂，具体包括重量配比如下的各组分：NaCl（40%，质量百分含量，下同）、KCl（8%）、NaF（25%）、NaBF₄（25%）、Na₃AlF₆（2%）。各组分均为分析纯（纯度98−99%）的化学试剂。

所述覆盖剂的制备步骤如下：

将NaCl、KCl、NaF、NaBF₄和Na₃AlF₆准确称量后，置于不锈钢罐内用行星式混合球磨机球磨30min，球磨使用不锈钢混料球，转速300r/min。

将得到的混合盐粉末置于蒸发皿中，用鼓风干燥箱在250℃下对混合盐充分烘干2h，去除水分，制备得到覆盖剂备用。

实施例2

本实施例公开了一种铝硅合金熔体处理方法，采用实施例1所述覆盖剂，具体包括以下步骤，如图1所示：

(1) 将1kg的商用的A356合金（Si含量7.1%，Mg含量0.29%，其它少量杂质为Fe、Zn、Ti，余量Al）切成小块装入石墨坩埚中，于电阻炉内升温。待金属完全熔化（约640℃），立即于表面抛撒占炉料0.5%质量分数的混合盐覆盖剂；

(2) 将金属液升温至800℃，向金属液内加入一定质量的高纯Fe粒（用于调配成分，使所有的对照组成分相同），保温1h使Fe完全熔化，取样检测，调整成分使Fe的质量分数达到约0.65%；

(3) 用石墨搅拌桨对熔体进行搅拌。搅拌速率150r/min，搅拌时间90s，使反应充分进行；

(4) 用Ar气对熔体进行精炼5−10min，气流速率约为0.5L/min，精炼后的熔体于炉内静置15min；

(5) 用涂刷防蚀涂料的渣勺对熔体表面进行充分的去渣、于720℃下将熔体浇入圆柱金属模具中，获得铸锭；

(6) 将圆柱形铸锭于中间对称切开，一半进行加工后用于铸态力学性能测试；另一半进行T6热处理后再进行测试。热处理工艺为：固溶处理在540℃下保温12h，冷水淬火，时效处理在155℃下保温10h。

实施例3

本实施例公开了一种铝硅合金熔体处理方法，与实施例2基本相同，不同的是，步骤（2）之后、步骤（3）之前，将电阻炉的温度降至760℃，再向金属液表面抛撒占铝硅合金0.5%质量分数的混合盐覆盖剂。

实施例4

本实施例公开了一种铝硅合金熔体处理方法，与实施例2基本相同，不同的是，步骤（2）之后、步骤（3）之前，将电阻炉的温度降至760℃，再向金属液表面抛撒占铝硅合金1.5%质量分数的混合盐覆盖剂。

实施例5

本实施例公开了一种铝硅合金熔体处理方法，与实施例2基本相同，不同的是，步骤（2）之后、步骤（3）之前，将电阻炉的温度降至760℃，再向金属液表面抛撒占铝硅合金2.5%质量分数的混合盐覆盖剂。

实施例6

本实施例公开了一种铝硅合金熔体处理方法，与实施例2基本相同，不同的是，步骤（2）之后、步骤（3）之前，将电阻炉的温度降至760℃，再向金属液表面抛撒占铝硅合金3.5%质量分数的混合盐覆盖剂。

对照例

本对照例公开了一种铝硅合金熔体处理方法，该方法不采用覆盖剂，其他步骤与实施例2相同。

所述实施例2-6和对照例处理的铝合金铸件拉伸性能对比检测数据如表1所示：

表1 实施例2-6和对照例处理的铝合金铸件拉伸性能对比

由表1可见经过熔体处理的合金，铸态和热处理态的力学性能都得到明显提高，强度在加入量为铝硅合金2.0 wt.%时为最高，而延伸率在1.0 wt.%的加入量时最优。

由图2金相组织可以看出，在未加覆盖剂时（对照例，图2a），初生α−Al呈粗大的树枝状，共晶硅呈细长板片状。随着混合盐加入量的增多，α−Al枝晶有细长转变为等轴；共晶组织中的Si得到明显细化，当加入量为1.0 wt.%（实施例3）时达到最细，进一步提高覆盖剂的加入量，Si重新粗化，产生过变质现象。此外，随着混合盐覆盖剂加入量的增多，含Fe金属间化合物的量明显减少。铸件中的Fe含量随着覆盖剂加入量的增多而降低。

实施例7

本实施例公开了一种用于铝硅合金熔体处理的覆盖剂，具体包括重量配比如下的各组分：NaCl（40%，质量百分含量，下同）、KCl（8%）、NaF（22%）、NaBF₄（22%）、Na₃AlF₆（1%）。各组分均为分析纯（纯度98−99%）的化学试剂。其制备方法与实施例1相同，该覆盖剂同样能适用于铝硅合金熔体处理。

实施例8

本实施例公开了一种用于铝硅合金熔体处理的覆盖剂，具体包括重量配比如下的各组分：NaCl（40%，质量百分含量，下同）、KCl（8%）、NaF（28%）、NaBF₄（28%）、Na₃AlF₆（4%）。各组分均为分析纯（纯度98−99%）的化学试剂。其制备方法与实施例1相同，该覆盖剂同样能适用于铝硅合金熔体处理。

本发明不局限于上述实施例所记载的覆盖剂及铝硅合金熔体处理方法，其中覆盖剂中各组分重量配比的改变、覆盖剂添加量的改变和熔体处理条件的改变均在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种覆盖剂，其特征在于，包括重量配比如下的各组分：

NaCl 35-45份；

KCl 5-10份；

NaF 20-30份；

NaBF₄20-30份；

Na₃AlF₆0-5份。

2.根据权利要求1所述覆盖剂，其特征在于，所述覆盖剂包括重量配比如下的各组分：

NaCl 38-42份；

KCl 6-9份；

NaF 22-28份；

NaBF₄22-28份；

Na₃AlF₆1-4份。

3.根据权利要求1或2所述覆盖剂，其特征在于，所述覆盖剂中水分含量为零。

4.一种铝硅合金熔体处理方法，其特征在于，采用权利要求1-3任意一项所述覆盖剂，具体包括以下步骤：

（1）、将铝硅合金升温，待金属完全熔化，立即于金属液表面抛撒占铝硅合金0.1-2.0%质量分数的覆盖剂；

（4）、对金属液进行搅拌，使反应充分进行；

（5）、用惰性气体对金属液进行精炼5−10min，精炼后静置10-20min；

（6）、对金属液表面去渣后，浇注。

5.根据权利要求4所述铝硅合金熔体处理方法，其特征在于，所述步骤（1）中覆盖剂的添加量为铝硅合金0.2-1.0%质量分数。

6.根据权利要求4所述铝硅合金熔体处理方法，其特征在于，所述步骤（2）中金属液升温至790-810℃，保温1-1.5h，然后降温至750-770℃。

7.根据权利要求4所述铝硅合金熔体处理方法，其特征在于，所述步骤（3）中覆盖剂的添加量为铝硅合金0.2-1.0%质量分数。

8.根据权利要求4所述铝硅合金熔体处理方法，其特征在于，所述步骤（4）中搅拌采用搅拌桨完成。

9.根据权利要求4所述铝硅合金熔体处理方法，其特征在于，所述惰性气体为Ar气。