CN104357714B - 一种铝硅合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料工程领域，具体涉及一种铝硅合金及其制备方法。本发明的铝硅合金，其化学成分按照重量百分比为：Si？9.0--10.0%，Zn？1.0-2.0%，Mg？0.8-1.5%，Cu？0.5-1.5，Ni？0.8-1.2%，Sr？0.04-0.06%，Re？0.2-0.4%，余量为Al，其室温的抗拉强度为323~328MPa，伸长率达到5.3~5.5%，在200℃的高温拉伸强度为285~291Mpa，其制备方法是首先将纯铝加热至750-800℃，按设定的合金成分加入中间合金进行熔炼，然后将精炼金属熔液浇注成铸坯，对铸坯进行固溶处理和淬火，得到铝硅合金。本发明通过合金化方法增加了合金中强化相的数量,并弥散均匀分布,使合金具有较高的强度、塑性及耐热性能，本发明获得的铝合金铸造性能良好，无热烈倾向，气密性好，无气孔和缩孔倾向，强度、塑性高。

Description

一种铝硅合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料工程领域，具体涉及一种铝硅合金及其制备方法。
背景技术
目前,铝及铝合金是仅次于钢铁的金属材料,广泛应用于建筑、能源、运输、航空航天等领域。铝及铝合金材料的应用及其研究也得到了迅猛发展,各种铝合金被广泛的应用。
在铸造的Al-Si类合金中，Si是作为主要的合金化元素加入的，Si能提高合金的铸造性能，使流动性改善，热烈倾向性降低，减少疏松，提高气密性，获得致密的铸件。这类合金具有好的抗蚀稳定性，具有一般的强度和硬度，但其存在的问题是塑性较低，而且高温性能差。目前现有的铸造铝合金还不能完全满足工业生产或者生活方面的应用，因此人们正从各个不同的研究方向对铸态铝硅合金进行研究，以期提高其综合性能。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种铝硅合金及其制备方法，目的是获得更高强度和耐热性的铸造铝硅合金。
本发明的铝硅合金，其化学成分按照重量百分比为：Si9.0--10.0%，Zn1.0-2.0%，Mg0.8-1.5%，Cu0.5-1.5，Ni0.8-1.2%，Sr0.04-0.06%，Re0.2-0.4%，余量为Al，其室温的抗拉强度为323~328MPa，伸长率达到5.3~5.5%，在200℃的高温拉伸强度为285~291MPa。
本发明的铝硅合金的制备方法，按照以下步骤进行：
（1）将纯铝加热至750-800℃，按设定的合金成分重量配比：Si9.0--10.0%，Zn1.0-2.0%，Mg0.8-1.5%，Cu0.5-1.5，Ni0.8-1.2%，Sr0.04-0.06%，Re0.2-0.4%，余量为Al加入铝硅中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锶中间合金和铝稀土中间合金，待炉料全部熔化后，将温度降到700℃保温20min，待炉温稳定后，将铝箔包裹的金属镁加入金属溶池中，通过搅拌使金属镁全部熔化，在720℃保温10-15min，扒去熔渣，用复盖剂复盖，然后加入铝精炼剂精炼，分两次加入，第一次加入量多于1/2，于730-750℃下保温5-10min后撇渣，得到精炼金属熔液；
（2）将铸造模具预热至240-260℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；
（3）对铸坯进行固溶处理，于525-535℃保温8h，然后在60～100℃的水中淬火，最后在170-180℃下保温至少8h，得到铝硅合金。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
本发明是在亚共晶Al-Si合金成分的基础上，添加Zn、Mg、Cu、Ni、Sr和Re等合金元素,合金中Si的作用是提高铸造性能，也起强化作用，但对于合金塑性有不利影响，Mg和Cu的主要作用是形成Mg2Si和Al2Cu相，在固溶时效处理后使合金强化，Zn元素经固溶后强化并使合金塑性提高，Cu和Ni元素能够提高合金的高温性能，稀土元素Re能够细化铝合金晶粒，Sr起变质作用并改变Si的形态，使针状Si变为粒状Si，改善合金的力学性能。
本发明的铝硅合金，通过合金化、铝晶粒细化和变质处理，经热处理后显著提高了合金的室温强度和塑性，还提高了合金的高温强度，其室温的抗拉强度最高达到328MPa，伸长率最高达到5.5%，在200℃的高温拉伸强度最高达到291MPa。
本发明通过合金化方法增加了合金中强化相的数量,并弥散均匀分布,使合金具有较高的强度、塑性及耐热性能，本发明获得的铝合金铸造性能良好，无热烈倾向，气密性好，无气孔和缩孔倾向，强度、塑性高。
具体实施方式
本发明实施例中采用的铝硅合金、铝锌合金、铝铜合金、铝镍合金、铝锶合金和铝稀土合金为工业产品。
采用的铝精炼剂是购买自华中铝业的复合精炼剂。
下面结合具体的实施例对本发明做具体的详细说明。
实施例1
一种铝硅合金，其化学成分按照重量百分比为：Si9.0-%，Zn1.0%，Mg0.8%，Cu0.5%，Ni1.0%，Sr0.05%，Re0.2%，余量为Al。
制备方法，按照以下步骤进行：
（1）将纯铝加热至780℃成为液态，按设定的合金成分重量配比：Si9.0-%，Zn1.0%，Mg0.8%，Cu0.5%，Ni1.0%，Sr0.05%，Re0.2%，余量为Al加入铝硅中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锶中间合金和铝稀土中间合金，待炉料全部熔化形成金属熔池后，将温度降到700℃保温20min，待炉温稳定后，将铝箔包裹的金属镁加入金属溶池中，通过搅拌使金属镁全部熔化，在720℃保温10min，扒去熔渣，用复盖剂复盖，然后加入铝精炼剂精炼，分两次加入，第一次加入量多于1/2，于730℃下保温5min后撇渣，得到精炼金属熔液；
（2）将铸造模具预热至240℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；
（3）对铸坯进行固溶处理，于535℃保温8h，然后在80℃的水中淬火，最后在170℃下保温至少8h，得到铝硅合金。
将热处理后的铝硅合金在室温条件下进行拉伸试验,室温时平均抗拉强度为328MPa,伸长率为5.5%，在200℃的高温拉伸强度最高达到291MPa，优于同类铸造铝硅合金的平均水平。
实施例2
一种铝硅合金，其化学成分按照重量百分比为：Si9.5-%，Zn1.5%，Mg1.0%，Cu1.2%，Ni0.8%，Sr0.05%，Re0.3%，余量为Al。
制备方法，按照以下步骤进行：
（1）将纯铝加热至800℃成为液态，按设定的合金成分重量配比：：Si9.5-%，Zn1.5%，Mg1.0%，Cu1.2%，Ni0.8%，Sr0.05%，Re0.3%，余量为Al加入铝硅中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锶中间合金和铝稀土中间合金，待炉料全部熔化形成金属熔池后，将温度降到700℃保温20min，待炉温稳定后，将铝箔包裹的金属镁加入金属溶池中，通过搅拌使金属镁全部熔化，在720℃保温15min，扒去熔渣，用复盖剂复盖，然后加入铝精炼剂精炼，分两次加入，第一次加入量多于1/2，于740℃下保温5-10min后撇渣，得到精炼金属熔液；
（2）将铸造模具预热至250℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；
（3）对铸坯进行固溶处理，于525℃保温8h，然后在60℃的水中淬火，最后在175℃下保温至少8h，得到铝硅合金。
将热处理后的铝硅合金在室温条件下进行拉伸试验,室温时平均抗拉强度为325MPa,伸长率为5.3%，在200℃的高温拉伸强度最高达到291MPa，高于同类铸造铝硅合金的平均水平。
实施例3
一种铝硅合金，其化学成分按照重量百分比为：Si10.0%，Zn2.0%，Mg1.2%，Cu1.0%，Ni1.2%，Sr0.06%，Re0.4%，余量为Al。
制备方法，按照以下步骤进行：
（1）将纯铝加热至750℃成为液态，按设定的合金成分重量配比：Si10.0%，Zn2.0%，Mg1.2%，Cu1.0%，Ni1.2%，Sr0.06%，Re0.4%，余量为Al加入铝硅中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锶中间合金和铝稀土中间合金，待炉料全部熔化形成金属熔池后，将温度降到700℃保温20min，待炉温稳定后，将铝箔包裹的金属镁加入金属溶池中，通过搅拌使金属镁全部熔化，在720℃保温15min，扒去熔渣，用复盖剂复盖，然后加入铝精炼剂精炼，分两次加入，第一次加入量多于1/2，于750℃下保温5-10min后撇渣，得到精炼金属熔液；
（2）将铸造模具预热至260℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；
（3）对铸坯进行固溶处理，于530℃保温8h，然后在70℃的水中淬火，最后在175℃下保温至少8h，得到铝硅合金。
将热处理后的铝硅合金在室温条件下进行拉伸试验,室温时平均抗拉强度为327MPa,伸长率为5.4%，在200℃的高温拉伸强度最高达到289MPa，高于同类铸造铝硅合金的平均水平。
实施例4
一种铝硅合金，其化学成分按照重量百分比为：Si9.5-%，Zn1.0%，Mg1.5%，Cu1.5%，Ni1.0%，Sr0.05%，Re0.25%，余量为Al。
制备方法，按照以下步骤进行：
（1）将纯铝加热至770℃成为液态，按设定的合金成分重量配比：Si9.5-%，Zn1.0%，Mg1.5%，Cu1.5%，Ni1.0%，Sr0.05%，Re0.25%，余量为Al加入铝硅中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锶中间合金和铝稀土中间合金，待炉料全部熔化形成金属熔池后，将温度降到700℃保温20min，待炉温稳定后，将铝箔包裹的金属镁加入金属溶池中，通过搅拌使金属镁全部熔化，在720℃保温8min，扒去熔渣，用复盖剂复盖，然后加入铝精炼剂精炼，分两次加入，第一次加入量多于1/2，于740℃下保温16min后撇渣，然后静置6min，得到精炼金属熔液；
（2）将铸造模具预热至245℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；
（3）对铸坯进行固溶处理，于535℃保温8h，然后在90℃的水中淬火，最后在170℃下保温至少8h，得到铝硅合金。
将热处理后的铝硅合金在室温条件下进行拉伸试验，室温时平均抗拉强度为328MPa,伸长率为5.3%，在200℃的高温拉伸强度最高达到288MPa，高于同类铸造铝硅合金的平均水平。
实施例5
一种铝硅合金，其化学成分按照重量百分比为：Si9.8%，Zn1.2%，Mg0.8%，Cu1.5%，Ni0.8%，Sr0.04%，Re0.4%，余量为Al。
制备方法，按照以下步骤进行：
（1）将纯铝加热至760℃成为液态，按设定的合金成分重量配比：Si9.8%，Zn1.2%，Mg0.8%，Cu1.5%，Ni0.8%，Sr0.04%，Re0.4%，余量为Al加入铝硅中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锶中间合金和铝稀土中间合金，待炉料全部熔化形成金属熔池后，将温度降到700℃保温20min，待炉温稳定后，将铝箔包裹的金属镁加入金属溶池中，通过搅拌使金属镁全部熔化，在720℃保温12min，扒去熔渣，用复盖剂复盖，然后加入铝精炼剂精炼，分两次加入，第一次加入量多于1/2，于735℃下保温5-10min后撇渣，得到精炼金属熔液；
（2）将铸造模具预热至255℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；
（3）对铸坯进行固溶处理，于525℃保温8h，然后在100℃的水中淬火，最后在180℃下保温至少8h，得到铝硅合金。
将热处理后的铝硅合金在室温条件下进行拉伸试验,室温时平均抗拉强度为323MPa,伸长率为5.5%，在200℃的高温拉伸强度最高达到285MPa，高于同类铸造铝硅合金的平均水平。

Claims (1)

1.一种铝硅合金，其制备方法步骤是：（1）将纯铝加热至750-800℃，按设定的合金成分重量配比：Si9.0--10.0%，Zn1.0-2.0%，Mg0.8-1.5%，Cu0.5-1.5，Ni0.8-1.2%，Sr0.04-0.06%，Re0.2-0.4%，余量为Al；加入铝硅中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锶中间合金和铝稀土中间合金，待炉料全部熔化后，将温度降到700℃保温20min，待炉温稳定后，将铝箔包裹的金属镁加入金属熔池中，通过搅拌使金属镁全部熔化，在720℃保温10-15min，扒去熔渣，用覆盖剂覆盖，然后加入铝精炼剂精炼，分两次加入，第一次加入量多于1/2，于730-750℃下保温5-10min后撇渣，得到精炼金属熔液；（2）将铸造模具预热至240-260℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；（3）对铸坯进行固溶处理，于525-535℃保温8h，然后在60～100℃的水中淬火，最后在170-180℃下保温至少8h，得到铝硅合金；
其特征在于：
其化学成分按照重量百分比为：Si9.0--10.0%，Zn1.0-2.0%，Mg0.8-1.5%，Cu0.5-1.5，Ni0.8-1.2%，Sr0.04-0.06%，Re0.2-0.4%，余量为Al，其室温的抗拉强度为323~328MPa，伸长率达到5.3~5.5%，在200℃的高温拉伸强度为285~291MPa。
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