CN103938036A

CN103938036A - 一种承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金及制备方法

Info

Publication number: CN103938036A
Application number: CN201410187381.9A
Authority: CN
Inventors: 潘冶; 陆韬; 陶诗文; 陈宇
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-05-06
Also published as: CN103938036B

Abstract

一种承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金及制备方法，所述铸造近共晶铝硅合金是通过对Si：10-12%；Cu：0.5-2.0%；Mg：0.1-0.5%；B：0.01-0.05%；La：0.05-0.5%，余量为Al进行如下操作得到的合金，操作为：对所有原材料预热；将ZL102、Al-Cu中间合金以及工业纯铝熔化，加入铝箔包裹的无钠精炼剂并静置，再依次加入由铝箔包裹的Al-B、Al-La及镁，搅拌使其充分熔化，加入炉料总质量0.3%无钠精炼剂，并静置15-30，待温度降到700-720℃，加入用铝箔包裹好的Al-Sr中间合金，搅拌使其充分熔化；将温度升到710-720℃，并且在保温10-15分钟后浇入预先于250-3金属型中，即获得承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金。

Description

一种承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金及制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法，尤其是一种承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金及其制备方法。

背景技术

Al-Si系铸造铝合金流动性能好、具有良好的铸造性能、抗腐蚀性能和中等的切削加工性能，被广泛的应用于航天航空以及汽车工业。目前承压件一般采用的是亚共晶Al-Si(Si：5-9%)合金，此类Al-Si合金具有良好的力学性能，但铸件中形成微孔缺陷的倾向大，这是因为该类合金凝固时的固液线温度范围过大。本发明选用的近共晶Al-Si(Si：9-12%)合金，具有相对于现用Al-Si合金更好的铸造加工性能，并且微孔倾向小，微孔缺陷的有效控制可防止承压件在内压作用下的泄漏。故而近共晶Al-Si被视为理想的替换材料。

发明内容

技术问题

本发明一种能够提高抗拉强度和延伸率的承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金及制备方法，本发明通过铝液熔体净化处理、变质处理、合金化以及枝晶细化，突破类似牌号铸造铝合金力学性能，应用于承压件的生产制造。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金，所述铸造近共晶铝硅合金是通过对如下质量百分数比的元素进行如下工艺操作后得到的合金，

所述的如下质量百分数比的元素为：

Si：10-12%；Cu：0.5-2.0%；Mg：0.1-0.5%；B：0.01-0.05%；La：0.05-0.5%，余量为Al；

所述的如下工艺操作为：

步骤1 以ZL102、工业纯铝、金属镁、Al-Cu、Al-Sr、Al-B以及Al-La中间合金为原料，按照Si：10-12%、Cu：0.5-2.0%、Mg：0.1-0.5%、B：0.01-0.05%、La：0.05-0.5%及余量为Al的质量百分比进行配料，并对配好的所有原材料于200-250℃预热处理；

步骤2 将ZL102、Al-Cu中间合金以及工业纯铝放入坩埚炉中加热升温，将温度升至740-760℃并保温10-15分钟，使其充分熔化；

步骤3 将温度降至720-730℃，温度稳定时，加入铝箔包裹且占炉料总质量0.6%的无钠精炼剂并静置15-30分钟，所述无钠精炼剂是经鼓风干燥箱于100-150℃烘干后进行铝箔包裹；

步骤4将温度降至710-720℃依次加入分别由铝箔包裹的步骤（1）预热好的Al-B中间合金、Al-La中间合金及金属镁，并用钟罩将其压入熔体底部，搅拌使其充分熔化；

步骤5 将温度稳定于710-720℃，加入炉料总质量0.3%无钠精炼剂，并在710-720℃静置15-30分钟；

步骤6 待温度降到700-720℃，加入步骤（1）预热并用铝箔包裹好的Al-Sr中间合金，用钟罩压入熔体底部，搅拌使其充分熔化；

步骤7将温度升到710-720℃，并且在保温10-15分钟后浇入预先于250-3金属型中，即获得承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金。

本发明所述的一种承压用高性能铸造近共晶铝硅合金的制备方法，

步骤3 将温度降至720-730℃，温度稳定时，加入炉料总质量的0.6%的由铝箔包裹的无钠精炼剂并静置15-30分钟，所述无钠精炼剂是经鼓风干燥箱于100-150℃烘干后进行铝箔包裹；

步骤7将温度升到710-720℃，并且在保温10-15分钟后浇入预先于250-300℃预热金属型中，即获得承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金。

有益效果

（1）本发明通过熔体净化、合金化、枝晶细化以及变质处理。能获得平均尺寸约为30-70微米呈等轴状的初生铝、呈纤维状的共晶硅以及形成AlSiCuMg、Al₂Cu强化相。

（2）本发明提供的近共晶铸造铝硅合金，铸态下抗拉强度240-280 Mpa，延伸率4%-7%，突破类似牌号铸造铝合金力学性能。本发明合金通过合金化以及细化手段，达到了亚共晶Al-Si(Si：5-9%)合金的力学性能水平，目前亚共晶Al-Si(Si：5-9%)抗拉强度只有200-240Mpa，延伸率3%-6%，因此本发明合金在力学性能方面具有很大优势。

（3）本发明提供的铸造铝硅合金，经测试表明硅含量在10-12%之间属于近共晶成分。该合金具有铸造性能好、微孔倾向小以及力学性能水平高的优点，取代原有合金用于承压件生产制造。

附图说明

图1 为本发明实例1制备合金低倍金相组织照片。

图2 为本发明实例1制备合金高倍金相组织照片。

图3 为本发明实例1制备合金扫描电镜照片。

图4 为本发明实例2制备合金低倍金相组织照片。

图5 为本发明实例2制备合金高倍金相组织照片。

图6 为本发明实例2制备合金扫描电镜照片。

图7 为本发明实例3制备合金低倍金相组织照片。

图8 为本发明实例3制备合金高倍金相组织照片。

图9 为本发明实例3制备合金扫描电镜照片。

具体实施方式

本发明涉及一种承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金，其特征在于：所述合金是由下述质量百分数比的元素组成：Si：10-12%；Cu：0.5-2.0%；Mg：0.1-0.5%；B：0.01-0.05%；La：0.05-0.5%，余量为Al。

上述合金在金属型重力铸造条件下，铸态下抗拉强度240-280 Mpa，延伸率4%-7%。

本发明所述高性能铸造铝硅合金熔炼工艺如下：

步骤1按上述合金成分要求进行成分设计，原材料有ZL102、Al-Cu、Al-B、Al-La、Al-Sr、纯Mg以及工业纯铝（购于徐州华中铝业有限公司）。以ZL102为母材，Cu、Mg、B、La、Sr分别以Al-Cu、纯Mg、Al-B、Al-La、Al-Sr形式添加，根据设定成分配好原材料，并将它们于200℃预热处理；

步骤2首先将母材ZL102、Al-Cu中间合金以及工业纯铝放入坩埚炉中加热升温至740-760℃，并且使熔化成的熔体在该温度下保温10-15分钟，以保证其充分熔化；

步骤3之后将温度降至于720-730℃，温度稳定时加入炉料总质量的0.6%无钠精炼剂（购于徐州华中铝业有限公司），精炼剂须经鼓风干燥箱于100-150℃左右烘干，并用铝箔包装，加入熔体后静置15-30分钟；

步骤4将温度降至710-720℃依次加入步骤（1）预热好的Al-B、Al-La、金属镁，加入之前要用铝箔包装以降低烧损率，用钟罩将其压入熔体底部，搅拌使其充分熔化；

步骤5待温度稳定与710-720℃，加入炉料总质量的0.3%无钠精炼剂（购于徐州华中铝业有限公司），并在710-720℃静置15-30分钟；

步骤6待温度降到700-720℃加入步骤（1）预热并用铝箔包装好的Al-Sr中间合金，用钟罩压入熔体底部，搅拌使其充分熔化；

步骤7将温度升到710-720℃，并且在保温10-15分钟后浇入预先于250-300℃预热的金属型中，即获得高性能铸造近共晶铝硅合金。

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

成分配比（质量百分比）为Si 10-11%，Cu 1.5-2.0%，Mg 0.3-0.4%，Sr 0.02- 0.03%，B 0.03-0.05%，La 0.05-0.1%，余量为Al。通过上述熔炼方法，获得的熔体纯净度高，平均尺寸约为55-60微米呈等轴状的初生铝、纤维状共晶硅，并且在合金内部形成了AlSiCuMg、Al₂Cu强化相。制备出的铝硅合金铸态下抗拉强度为270-280 Mpa、延伸率为5-6%。

实施例2

成分配比（质量百分比）Si 10-11%，Cu 1.0-1.2%，Mg 0.3-0.4%，Sr 0.02-0.03%，B 0.03-0.05%，La 0.1-0.15%，余量为Al。通过上述熔炼方法，获得的熔体纯净度高，平均尺寸约为45-55微米呈等轴状的初生铝、纤维状共晶硅，并且在合金内部形成了AlSiCuMg、Al₂Cu强化相。制备出的铝硅合金铸态下抗拉强度为260-270 Mpa、延伸率为4.5-6%。

实施例3

成分配比（质量百分比）Si 11-12%，Cu 0.5-1.0%，Mg 0.2-0.3%，Sr 0.02-0.03%，B 0.03-0.05%，La 0.1-0.2%，余量为Al。通过上述熔炼方法，获得的熔体纯净度高，平均尺寸约为45-55微米呈等轴状的初生铝、纤维状共晶硅，并且在合金内部形成了AlSiCuMg、Al₂Cu强化相。制备出的铝硅合金铸态下抗拉强度为245-255 Mpa、延伸率为4-5%。

表1

样品号	抗拉强度（Mpa）	延伸率（%）
			实施例1	270-280	5-6
实施例2	260-270	5-6
			实施例3	245-255	4-5

表1为三个实施例的力学性能，其中抗拉强度在240-280 Mpa，延伸率在4-7%范围之内。从表格中可以看出本发明所述合金的力学性能已达到亚共晶铸造铝硅合金铸态下的力学性能。因此，本合金在力学性能方面具有一定的优势。

参考图1为上述实施例1制备合金放大50倍的金相组织照片。照片中较亮的为呈细小等轴状的初生铝，较暗部分为呈纤维状的共晶硅。

参考图2为上述实施例1 制备合金放大500倍的金相组织照片。照片明显看到共晶硅呈纤维状。

参考图3为实施例1制备合金的扫描电镜照片，如图中所标合金内部形成了AlSiCuMg和Al₂Cu强化相。

参考图4为上述实施例2制备合金放大50倍的金相组织照片。照片中较亮的为呈细小等轴状的初生铝，较暗部分为呈纤维状的共晶硅。

参考图5为上述实施例2 制备合金放大500倍的金相组织照片。照片明显看到共晶硅呈纤维状。

参考图6为实施例2制备合金的扫描电镜照片，如图中所标合金内部形成了AlSiCuMg和Al₂Cu强化相。

参考图7为上述实施例3制备合金放大50倍的金相组织照片。照照片中较亮的为呈细小等轴状的初生铝，较暗部分为呈纤维状的共晶硅。

参考图8为上述实施例3 制备合金放大500倍的金相组织照片。照片明显看到共晶硅呈纤维状。

参考图9为实施例3制备合金的扫描电镜照片，如图中所标合金内部形成了AlSiCuMg和Al₂Cu强化相。

实施例2

一种承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金，其特征在于，所述铸造近共晶铝硅合金是通过对如下质量百分数比的元素进行如下工艺操作后得到的合金，

所述的如下质量百分数比的元素为：

所述的如下工艺操作为：

步骤7将温度升到710-720℃，并且在保温10-15分钟后浇入预先于250-3金属型中，即获得承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金，且所述合金在金属型重力铸造条件下，铸态下抗拉强度240-280 Mpa，延伸率4%-7%。

实施例3

一种承压用高性能铸造近共晶铝硅合金的制备方法，

所述无钠精炼剂采用徐州华中铝业有限公司生产的无钠高效除气除渣精炼剂，所述ZL102、工业纯铝、金属镁、Al-Cu、Al-Sr、Al-B以及Al-La中间合金均可在市场上直接购得。

Claims

1.一种承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金，其特征在于，所述铸造近共晶铝硅合金是通过对如下质量百分数比的元素进行如下工艺操作后得到的合金，

所述的如下质量百分数比的元素为：

所述的如下工艺操作为：

2.如权利要求1所述的一种承压件用高性能铸造近共晶铝硅合金，其特征是：所述合金在金属型重力铸造条件下，铸态下抗拉强度240-280 Mpa，延伸率4%-7%。

3.一种承压用高性能铸造近共晶铝硅合金的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的承压用高性能铸造近共晶铝硅合金的制备方法，其特征在于，无钠精炼剂采用徐州华中铝业有限公司生产的无钠高效除气除渣精炼剂。