CN103938004A - 一种近共晶铸造铝硅合金组织控制方法 - Google Patents
一种近共晶铸造铝硅合金组织控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种近共晶铸造铝硅合金的组织控制方法，以工业纯铝、ZL102、Al-Sr、Al-B及Al-La、Al-Ce和Al-Re三者中的一种为原料，并按各成分的质量百分比为：Si：9-12%；B：0.05%-0.5%；La、Ce或RE：0.01%-0.1%；Sr：0.02-0.03%；余量为Al进行备料，再进行以下步骤的熔炼：原料预热，空炉升温后加入ZL102和工业纯铝，升温熔化；加入原料总质量的0.4-0.6%无钠精炼剂；采用硼和稀土联合细化的方法对步骤2处理后的熔体进行处理；对熔体进行二次精炼处理；降温至690-700℃，温度稳定后加入Al-Sr变质剂，将其压入熔体底部，搅拌使其充分溶入熔体；700℃下保温10-20分钟，然后升温至720-730℃，将熔体浇入已在200-250℃预热的金属型模具中，待冷却后取出铸件。
Description
技术领域
本发明涉及近共晶铝硅合金组织控制方法。
背景技术
细晶强化是提高材料力学性能最重要方法之一，铸造铝合金是通过向其中添加细化剂的方式来实现细晶强化。目前常见的铝合金细化剂主要有二元Al-Ti、Al-B等合金、三元Al-Ti-B、Al-Ti-C等合金以及以KBF4、K2ZrF6等为主要成分的复合盐。然而，这些细化剂在应用时，会出现细化衰退、细化元素与其他元素交互作用如B与Sr的“毒化”现象。如何解决这些细化剂的交互作用，从而成分发挥细化剂作用，对于提高铸造铝硅合金力学性能是十分必要的。
稀土元素作为“工业维生素”，同样被广泛应用于高性能铸造铝硅合金的开发中。研究发现稀土Sc、Y对铝合金具有明显细化作用，但是它们价格高、不易应用于实际生产。本发明用普通稀土La、Ce以及RE与B联合加入来代替Sc、Y，试图解决B与Sr“毒化”现象，并发挥普通稀土与硼共同作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够细化初生铝的近共晶铝硅合金组织控制方法，试图解决硼和锶“毒化”作用，以及用普通稀土代替贵重稀土。在保证变质效果的同时获得细小等轴状初生铝。
为了到达上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种近共晶铸造铝硅合金的组织控制方法，以工业纯铝、ZL102、Al-Sr、Al-B及Al-La、Al-Ce和Al-Re三者中的一种为原料，并按各成分的质量百分比为：Si：9-12%；B：0.05%-0.5%；La、Ce或RE：0.01%-0.1%；Sr：0.02-0.03%；余量为Al进行备料，再进行以下步骤的熔炼：
步骤1：将配好的原料在200-250℃预热，使用坩埚电阻炉进行熔炼，先空炉升温至550-600℃加入已预热的ZL102和工业纯铝，然后升温至740-760℃保温10-15分钟以充分使其熔化获得熔体；
步骤2：完全熔化后将熔体温度降至710-730℃，向熔体中加入原料总质量的0.4-0.6%无钠精炼剂，无钠精炼剂加入之前于烘箱中烘干并用铝箔包装好，加入时将外包铝箔的无钠精炼剂的压入熔体底部，不断搅拌使其充分熔化，并于720-730℃保温15-30分钟；
步骤3：采用硼和稀土联合细化的方法对步骤2处理后的熔体进行处理，所述硼和稀土联合细化的方法为：待步骤2保温结束后将温度降至700-710℃，向熔体中加入Al-B，待温度回到700-710℃后，向熔体中添加稀土中间合金Al-10La、Al-10Ce或Al-10Re；
步骤4 对步骤3处理后的熔体进行二次精炼处理，所述的二次精炼处理为：在步骤3处理后的熔体中再次加入无钠精炼剂，无钠精炼剂的加入量为炉料总质量的0.2-0.3%，无钠精炼剂加入之前于烘箱中烘干并用铝箔包装好，加入时将外包铝箔的无钠精炼剂的压入熔体底部，不断搅拌使其充分熔化，并于720-730℃保温10-15分钟；
步骤5变质处理：步骤4保温完毕后降温至690-700℃，温度稳定后加入Al-Sr变质剂，将其压入熔体底部，搅拌使其充分溶入熔体；
步骤6浇注：变质处理后700℃下保温10-20分钟，然后升温至720-730℃，将熔体浇入已在200-250℃预热的金属型模具中，待冷却后取出铸件。
本发明方法的有益效果为：
（1）、添加硼和稀土的细化方法，可以抑制细化元素硼与变质元素锶之间的“毒化”现象。当不添加稀土只添加硼来细化时，发生了“毒化”作用，即降低了起有效细化作用的硼以及有效变质作用的锶两种元素的含量，从而会削弱变质和细化的效果。如具体实施例和附图所示，添加稀土则抑制了“毒化”作用的发生，使细化和变质作用更加明显，由原来粗大发达树枝晶转变为平均尺寸约为30-60微米的等轴晶，并使共晶硅完全变为纤维状。
（2）本发明采用的是稀土La、Ce以及混合稀土，此类稀土资源丰富，价格便宜，并且与硼联合发挥细化作用，可以取代贵重稀土Sc、Y。
（3）、通过二次精炼处理、变质处理及工艺中温度时间参数的选择，结合硼和稀土良好的细化作用，有利于提高铸造铝硅二元合金综合性能。
附图说明
图1 添加硼未添加稀土元素Al-11Si低倍金相组织照片。
图2 添加硼未添加稀土元素Al-11Si高倍金相组织照片。
图3 实施例1联合添加硼和稀土镧细化Al-11Si合金低倍金相组织照片。
图4 实施例1联合添加硼和稀土镧细化Al-11Si合金高倍金相组织照片。
图5 实施例2联合添加硼和稀土铈细化Al-11Si合金低倍金相组织照片。
图6 实施例2联合添加硼和稀土铈细化Al-11Si合金高倍金相组织照片。
图7 实施例3联合添加硼和混合稀土细化Al-11Si合金低倍金相组织照片。
图8 实施例3联合添加硼和混合稀土细化Al-11Si合金高倍金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明。
一种近共晶铸造铝硅合金的组织控制方法，以工业纯铝、ZL102、Al-Sr、Al-B及Al-La、Al-Ce和Al-Re三者中的一种为原料，并按各成分的质量百分比为：Si：9-12%；B：0.05%-0.5%；La、Ce或RE：0.01%-0.1%；Sr：0.02-0.03%；余量为Al进行备料，再进行以下步骤的熔炼：
步骤1：将配好的原料在200-250℃预热，使用坩埚电阻炉进行熔炼，先空炉升温至550-600℃加入已预热的ZL102和工业纯铝，然后升温至740-760℃保温10-15分钟以充分使其熔化获得熔体；
步骤2：完全熔化后将熔体温度降至710-730℃，向熔体中加入原料总质量的0.4-0.6%无钠精炼剂，无钠精炼剂加入之前于烘箱中烘干并用铝箔包装好，加入时将外包铝箔的无钠精炼剂的压入熔体底部，不断搅拌使其充分熔化，并于720-730℃保温15-30分钟；所述无钠精炼剂采用徐州华中铝业有限公司生产并出售的无钠精炼剂。
步骤3：采用硼和稀土联合细化的方法对步骤2处理后的熔体进行处理，所述硼和稀土联合细化的方法为：待步骤2保温结束后将温度降至700-710℃，向熔体中加入Al-B，待温度回到700-710℃后，向熔体中添加稀土中间合金Al-10La、Al-10Ce或Al-10Re；
步骤4 对步骤3处理后的熔体进行二次精炼处理，所述的二次精炼处理为：在步骤3处理后的熔体中再次加入无钠精炼剂，无钠精炼剂的加入量为炉料总质量的0.2-0.3%，无钠精炼剂加入之前于烘箱中烘干并用铝箔包装好，加入时将外包铝箔的无钠精炼剂的压入熔体底部，不断搅拌使其充分熔化，并于720-730℃保温10-15分钟；
步骤5变质处理：步骤4保温完毕后降温至690-700℃，温度稳定后加入Al-Sr变质剂，将其压入熔体底部，搅拌使其充分溶入熔体；
步骤6浇注：变质处理后700℃下保温10-20分钟，然后升温至720-730℃，将熔体浇入已在200-250℃预热的金属型模具中，待冷却后取出铸件。
下面结合实施例来对本发明进一步说明，不能以下实施例来限定本发明的保护范围。
实施例1
按照上述步骤制备铸造铝硅合金，步骤1）中设定成分质量百分数为，Si：11%，其余为Al。步骤3）中稀土选用镧，以中间合金Al-10La形式加入，B 和La的添加质量百分数分别为0.03%-0.05%和0.05%-0.1%。如图3所示，获得硼和稀土镧联合细化制备的铸造Al-11Si合金。获得平均大小为40-50微米的呈等轴状初生铝，同时共晶硅变质效果相当，可见图4。
实施例2
按照上述步骤制备铸造铝硅合金，步骤1）中设定成分质量百分数为，Si：11%，其余为Al。步骤3）中稀土选用铈，以中间合金Al-10Ce形式加入，B 和Ce的添加质量百分数分别为0.03%-0.05%和0.05%-0.15%。如图5所示，获得硼和稀土铈联合细化制备的铸造Al-11Si合金。获得平均大小为35-45微米的呈等轴状初生铝，同时共晶硅变质效果相当，可见图6。
实施例3
按照上述步骤制备铸造铝硅合金，步骤1）中设定成分质量百分数为，Si：11%，其余为Al。步骤3）中稀土选用混合稀土，以中间合金Al-10Re形式加入，B 和Re的添加质量百分数分别为0.03%-0.05%和0.08%0.12%。如图7所示，获得硼和混合稀土联合细化制备的铸造Al-11Si合金。获得平均大小为30-40微米的呈等轴状初生铝，同时共晶硅变质效果相当，可见图8。
参考图1为Al-11Si添加硼未添加稀土低倍金相照片，照片中白色为粗大发达初生铝，黑色为纤维状共晶硅。
参考图2为Al-11Si添加硼未添加稀土高倍金相照片，主要反应了共晶硅形态，变质效果一般。
参考图3为Al-11Si添加硼添加稀土镧的低倍金相照片，照片中白色为细小等轴状初生铝，黑色为纤维状共晶硅。
参考图4为Al-11Si添加硼添加稀土镧的高倍金相照片，照片主要反应共晶硅形态，变质较未加稀土的效果更好。
参考图5为Al-11Si添加硼添加稀土铈的低倍金相照片，照片中白色为细小等轴状初生铝，黑色为纤维状共晶硅。
参考图6为Al-11Si添加硼添加稀土铈的高倍金相照片，主要反应共晶硅形态，变质较未加稀土的效果更好。
参考图7为Al-11Si添加硼添加混合稀土的低倍金相照片，照片中白色为细小等轴状初生铝，黑色为纤维状共晶硅。
参考图8 为Al-11Si添加硼添加混合稀土的高倍金相照片，主要反应共晶硅形态，变质较未加稀土的效果更好。
Claims (2)
1.一种近共晶铸造铝硅合金的组织控制方法，其特征在于，以工业纯铝、ZL102、Al-Sr、Al-B及Al-La、Al-Ce和Al-Re三者中的一种为原料，并按各成分的质量百分比为：Si：9-12%；B：0.05%-0.5%；La、Ce或RE：0.01%-0.1%；Sr：0.02-0.03%；余量为Al进行备料，再进行以下步骤的熔炼：
步骤1：将配好的原料在200-250℃预热，使用坩埚电阻炉进行熔炼，先空炉升温至550-600℃加入已预热的ZL102和工业纯铝，然后升温至740-760℃保温10-15分钟以充分使其熔化获得熔体；
步骤2：完全熔化后将熔体温度降至710-730℃，向熔体中加入原料总质量的0.4-0.6%无钠精炼剂，无钠精炼剂加入之前于烘箱中烘干并用铝箔包装好，加入时将外包铝箔的无钠精炼剂的压入熔体底部，不断搅拌使其充分熔化，并于720-730℃保温15-30分钟；
步骤3：采用硼和稀土联合细化的方法对步骤2处理后的熔体进行处理，所述硼和稀土联合细化的方法为：待步骤2保温结束后将温度降至700-710℃，向熔体中加入Al-B，待温度回到700-710℃后，向熔体中添加稀土中间合金Al-10La、Al-10Ce或Al-10Re；
步骤4 对步骤3处理后的熔体进行二次精炼处理，所述的二次精炼处理为：在步骤3处理后的熔体中再次加入无钠精炼剂，无钠精炼剂的加入量为炉料总质量的0.2-0.3%，无钠精炼剂加入之前于烘箱中烘干并用铝箔包装好，加入时将外包铝箔的无钠精炼剂的压入熔体底部，不断搅拌使其充分熔化，并于720-730℃保温10-15分钟；
步骤5变质处理：步骤4保温完毕后降温至690-700℃，温度稳定后加入Al-Sr变质剂，将其压入熔体底部，搅拌使其充分溶入熔体；
步骤6浇注：变质处理后700℃下保温10-20分钟，然后升温至720-730℃，将熔体浇入已在200-250℃预热的金属型模具中，待冷却后取出铸件。
2.根据权利要求1所述的近共晶铸造铝硅合金的组织控制方法，其特征在于，无钠精炼剂采用徐州华中铝业有限公司生产并出售的无钠精炼剂。
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