CN104762537B - 适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，其包括步骤配料工序、熔炼工序、铝硅熔体净化工序、氩气保护工序、加锶合金化工序、精炼工序和静置工序。本发明的铝锶合金变质剂的制备工艺，采用铝硅合金替代传统工艺中的电解铝，可以将熔化温度降低，将铝锶合金的熔炼温度降低100℃左右，并且降低合金化温度，生产时熔炼温度可以降低至750‑800℃，比生产铝锶两元合金的熔炼温度830‑900℃大大降低了；熔炼温度的降低可以减少锶的高温氧化损耗，提高锶的收得率，锶的价格在每吨5万元左右，因此降低了变质剂的生产成本，而且也并不影响铝锶合金的变质性能。

Description

适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺
技术领域
本发明属于合金金属材料技术领域，具体地说，本发明涉及一种适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺。
背景技术
铸造铝硅合金因具有密度低、强度高、耐磨、耐热性好、热膨胀系数低等优点，所以是铸造铝合金中运用范围最广、产量最大的一类合金。但铝硅系合金随硅含量的升高，组织中出现大量针状共晶硅，甚至出现粗大多角块状初晶硅，严重地割裂了基体，使合金的机械性能特别是塑性性能显著降低，切削加工性能恶化。因此，铸造铝硅合金多采用变质处理，改变硅的形状、尺寸，但对于硅含量小于6％的铸造铝硅合金进行变质处理时，合金的力学性能改变不明显，因此变质处理主要针对硅6％的铝硅合金。
铸造铝合金的变质有多种，其中铝锶合金是一种新型高效变质剂，目前应用广泛。同其它变质剂相比，铝锶合金的变质作用时间长，可持续5～7小时，变质过程中不但无过变质行为，而且可以反复重熔，无腐蚀作用。因此铝锶合金被普遍地应用于铸造行业，是铝合金，特别是含硅铝合金的一种重要变质剂，可以改善铸件的组织和提高铸件的机械性能。
制取铝锶合金的方法可以分为对掺法、热还原法和熔盐电解法。熔盐电解法按照所用的熔盐不同，又可以分为氯化物熔盐电解和氟化物熔盐电解。
常用的合金的生产方法是对掺法，对掺法是在电弧炉或其它高温炉内由两种或两种以上的金属在熔融状态下对掺而成。由于铝锶合金的熔点高，对渗法生产铝锶合金的温度高达900℃，锶的烧损严重，损失比例高达20％～35％。金属锶是一种十分活泼的碱土金属，它的化学活性介于钙和钡之间，金属锶的制取多采用真空热还原法，设备复杂，工艺条件严格，产量低，成本高，因而售价较高。这样对渗法的成本由于锶的烧损增大很多。
铝锶合金作为铝硅铸造合金的变质剂，广泛应用于铝硅合金的铸造，年需求量巨大。目前，铝锶合金的制备方法有多种，但是企业中广泛应用的还是对渗法。
发明内容
本发明提供一种适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，目的是旨在不影响铝锶合金的变质性能前提下，降低锶元素的损耗和成本。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，其包括步骤：
(1)配料工序；
按照重量百分比：锶4-6％、硅5-7％、余量为铝，称取铝硅合金粉和锶粉；
(2)熔炼工序；
将铝硅合金熔化，获得铝硅熔液；
(3)铝硅熔体净化工序；
向铝硅熔液加入无钠清渣剂，清除铝硅熔液中的熔渣；
(4)氩气保护工序；
净化处理后，将氩气喷向铝硅熔液表面；
(5)加锶合金化工序；
气体保护处理后，向铝硅熔液中分批次加入锶粉，然后加热熔化，形成铝硅锶熔液；
(6)精炼工序；
向铝硅锶熔液中通入氩气进行精炼处理，清除铝硅锶熔液中的气体和夹杂物；
(7)静置工序；
将铝硅锶熔液进行静置处理，使熔液中的杂质上浮，最后清除杂质。
所述步骤(2)中，熔化温度为750℃，溶化后并除渣。
所述步骤(3)中，需加入占总重量1.5‰的无钠清渣剂，并充分搅拌后将熔渣处理干净。
所述步骤(5)中，需分四批将锶粉加入铝硅熔液中，第一批加入投料量的40％，第二批加入炉次投料量的30％，第三批加入炉次投料量的20％，第四批加入炉次投料量的10％。
所述步骤(5)中，各批次加入时间间隔3-6分钟，加锶过程温度控制在750-800℃。
所述步骤(5)中，每次向铝硅熔液加入定量锶粉后，使用超声搅拌装置对熔液进行搅拌。
所述步骤(6)中，精炼完毕后，对铝硅锶熔液搅拌10-20分钟，使合金成分均匀化。
本制备工艺还包括如下步骤：
(8)浇铸工序；
浇注铝硅锶熔液，形成块状铝锶合金铸件；
(9)检测工序；
浇铸完毕后对铝锶合金铸件的成分进行检测；
(10)变质效果检测工序；
在铝合金铸件的铝溶液熔炼保温时，将多块铝锶合金铸件加入保温炉内进行变质处理；当变质完成后，取样检测变质铝合金的成分。
本发明的铝锶合金变质剂的制备工艺，采用铝硅合金替代传统工艺中的电解铝，可以将熔化温度降低，将铝锶合金的熔炼温度降低100℃左右，并且降低合金化温度，生产时熔炼温度可以降低至750-800℃，比生产铝锶两元合金的熔炼温度830-900℃大大降低了；熔炼温度的降低可以减少锶的高温氧化损耗，提高锶的收得率，锶的价格在每吨5万元左右，因此降低了变质剂的生产成本，而且也并不影响铝锶合金的变质性能。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明铝锶合金变质剂的制备工艺流程图；
图2是Al4Sr相分布在6％Sr-6％Si-88％Al的铝锶合金中的金相图；
图3是本发明铝锶合金变质效果金相图；
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
本发明提供了一种适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂，其化学成分按重量百分比计：锶4-6％，硅5-7％，余量为铝。
本铝锶合金变质剂，硅的加入可以降低合金的熔炼温度，将铝锶合金的熔炼温度降低100℃左右，使得生产时熔炼温度可以降低为750-800℃，相比现有技术中铝锶两元合金的熔炼温度830-900℃来说，铝锶合金变质剂的熔炼温度大大降低了。熔炼温度的降低可以减少锶的高温氧化损耗，提高锶的收得率，锶的价格在每吨5万元左右，因此降低了变质剂的生产成本。
本发明的铝锶硅合金中，锶的存在主要以Al4Sr、Al2Sr相，避免了传统铝锶合金中共晶相，其变质效果更好，融化更快，减少潜伏期。
本发明还提供了一种适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，如图1所示，其包括如下步骤：
(1)配料工序；
按照重量百分比：锶4-6％、硅5-7％、余量为铝，称取铝硅合金粉和锶粉；
(2)熔炼工序；
将铝硅合金熔化，熔化温度优选为750℃，溶化后并造渣除渣，获得干净的铝硅熔液；
(3)铝硅熔体净化工序；
向铝硅熔液加入无钠清渣剂，充分搅拌后清除铝硅熔液中的熔渣，以达到对铝硅熔液进行净化的目的；
(4)氩气保护工序；
净化处理后，将氩气喷向铝硅熔液表面，对铝硅熔液进行气体保护，隔绝铝硅熔液与空气中氧的接触，以减少铝硅熔液表面的氧化性气体，使极容易氧化的锶元素受到了保护，减少了产生夹杂物、吸附气体的几率；
(5)加锶合金化工序；
气体保护处理后，向铝硅熔液中分批次加入锶粉，然后加热熔化，形成铝硅锶熔液；
(6)精炼工序；
向铝硅锶熔液中通入氩气进行精炼处理，处理过程铝硅锶熔液中的气体和夹杂物充分上浮，清除铝硅锶熔液中的气体和夹杂物，以降低产品的气体和夹杂物的含量；
(7)静置工序；
将铝硅锶熔液进行静置3-5分钟，使熔液中的杂质充分上浮，最后清除杂质，使铝硅锶熔液的成分更加均匀。
作为优选的，在步骤(3)中，需加入占总重量1.5‰的无钠清渣剂，并充分搅拌后将熔渣处理干净。
作为优选的，在步骤(5)中，需分四批将锶粉加入铝硅熔液中，第一批加入投料量的40％，第二批加入炉次投料量的30％，第三批加入炉次投料量的20％，第四批加入炉次投料量的10％。
作为优选的，在步骤(5)中，各批次加入时间间隔3-6分钟，加锶过程温度控制在750-800℃。
作为优选的，在步骤(5)中，每次向铝硅熔液加入定量锶粉后，使用超声搅拌装置对熔液进行搅拌。超声搅拌装置如同本领域技术人员所公知的那样，具备搅拌和超声波产生功能，超声波具有空化效应，超声波导入至熔体中，可以将熔体中的铝和锶元素成分搅拌，获得均匀的组织。
作为优选的，在步骤(6)中，精炼完毕后，对铝硅锶熔液搅拌10-20分钟，使合金成分均匀化。
本制备工艺还包括如下的步骤：
(8)浇铸工序；
静置处理后，浇注铝硅锶熔液，浇铸温度控制在800℃，形成块状铝锶合金铸件；
(9)检测工序；
浇铸完毕后对铝锶合金铸件的成分进行检测；
(10)变质效果检测工序；
在铝合金铸件的铝溶液熔炼保温时，将多块铝锶合金铸件加入保温炉内进行变质处理；当变质完成后，取样检测变质铝合金的成分。
变质铝合金的成分检测结果中，锶含量为0.012％，硅含量提高0.015％，在铝合金铸件中这些硅含量的变化并不会影响铸件的性能。锶含量为0.012％，符合铝合金铸件的锶含量要求，变质效果的金相图如图所示，组织细小均匀，如图3所示。
本发明的制备工艺中采用铝硅合金替代传统工艺中的电解铝，可以将熔化温度降低，并且降低合金化温度，本发明的铝硅锶的合金化温度750-800℃，传统的铝锶合金化温度在850-900℃左右。熔炼温度与合金化温度的降低一方面可以减少能源消耗，另一方面可以降低锶元素的烧损。工艺中采用超声波搅拌，既可以充分地将合金成分搅拌均匀，又可以采用超声波的局部毛孔空化和瞬间毛孔局部过热，获得过热相Al4Sr和Al2Sr相，见图2所示。这些相可以进一步对铸造铝合金的相组织进行更有效细化，获得小于80μm的金相组织，见图3所示。工艺中采用氩气进行保护，减少合金与氧化气体接触，获得有效的保护。
实施例一
本实施例的铝锶合金变质剂的化学成分按重量百分比计为：锶5％，硅6％，其余为铝，制成的变质剂为AlSr5。
本实施例的铝锶合金变质剂的制备工艺包括如下步骤：
(1)配料工序；
按照重量百分比：锶5％、硅6％、余量为铝，称取铝硅合金粉和锶粉；
(2)熔炼工序；
将铝硅合金熔化，熔化温度优选为750℃，溶化后并造渣除渣，获得干净的铝硅熔液；
(3)铝硅熔体净化工序；
向铝硅熔液加入占总重量1.5‰的无钠清渣剂，充分搅拌后清除铝硅熔液中的熔渣，以达到对铝硅熔液进行净化的目的；
(4)氩气保护工序；
净化处理后，将氩气喷向铝硅熔液表面，对铝硅熔液进行气体保护，隔绝铝硅熔液与空气中氧的接触，以减少铝硅熔液表面的氧化性气体，使极容易氧化的锶元素受到了保护，减少了产生夹杂物、吸附气体的几率；
(5)加锶合金化工序；
气体保护处理后，分四批将锶粉加入铝硅熔液中，第一批加入投料量的40％，第二批加入炉次投料量的30％，第三批加入炉次投料量的20％，第四批加入炉次投料量的10％；各批次加入时间间隔4分钟，加入锶粉后加热熔化，加锶过程温度控制在750℃；每次向铝硅熔液加入定量锶粉后，并使用超声搅拌装置对熔液进行搅拌，最后形成铝硅锶熔液；
(6)精炼工序；
向铝硅锶熔液中通入氩气进行精炼处理，处理过程铝硅锶熔液中的气体和夹杂物充分上浮，清除铝硅锶熔液中的气体和夹杂物，以降低产品的气体和夹杂物的含量；精炼完毕后，并对铝硅锶熔液搅拌10-20分钟，使合金成分均匀化；
(7)静置工序；
将铝硅锶熔液进行静置3-5分钟，使熔液中的杂质充分上浮，最后清除杂质，使铝硅锶熔液的成分更加均匀；
(8)浇铸工序；
静置处理后，浇注铝硅锶熔液，浇铸温度控制在800℃，形成块状铝锶合金铸件；
(9)检测工序；
浇铸完毕后对铝锶合金铸件的成分进行检测；
(10)变质效果检测工序；
在铝合金铸件的铝溶液熔炼保温时，将多块铝锶合金铸件加入保温炉内进行变质处理；当变质完成后，取样检测变质铝合金的成分。
实施例二
本实施例的铝锶合金变质剂的化学成分按重量百分比计为：锶6％，硅6％，其余为铝。在铝锶合金变质剂的制备过程中，采用超声波搅拌，既可以充分地将合金成分搅拌均匀，又可以采用超声波的局部毛孔空化和瞬间毛孔局部过热，获得过热相Al4Sr和Al2Sr相，如图2所示。这些相可以进一步对铸造铝硅合金的相组织进行更有效细化，获得小于80μm的金相组织，如图3所示。
本实施例的铝锶合金变质剂的制备工艺包括如下步骤：
(1)配料工序；
按照重量百分比：锶6％、硅6％、余量为铝，称取铝硅合金粉和锶粉；
(2)熔炼工序；
将铝硅合金熔化，熔化温度优选为750℃，溶化后并造渣除渣，获得干净的铝硅熔液；
(3)铝硅熔体净化工序；
向铝硅熔液加入占总重量1.5‰的无钠清渣剂，充分搅拌后清除铝硅熔液中的熔渣，以达到对铝硅熔液进行净化的目的；
(4)氩气保护工序；
净化处理后，将氩气喷向铝硅熔液表面，对铝硅熔液进行气体保护，隔绝铝硅熔液与空气中氧的接触，以减少铝硅熔液表面的氧化性气体，使极容易氧化的锶元素受到了保护，减少了产生夹杂物、吸附气体的几率；
(5)加锶合金化工序；
气体保护处理后，分四批将锶粉加入铝硅熔液中，第一批加入投料量的40％，第二批加入炉次投料量的30％，第三批加入炉次投料量的20％，第四批加入炉次投料量的10％；各批次加入时间间隔5分钟，加入锶粉后加热熔化，加锶过程温度控制在800℃；每次向铝硅熔液加入定量锶粉后，并使用超声搅拌装置对熔液进行搅拌，最后形成铝硅锶熔液；
(6)精炼工序；
向铝硅锶熔液中通入氩气进行精炼处理，处理过程铝硅锶熔液中的气体和夹杂物充分上浮，清除铝硅锶熔液中的气体和夹杂物，以降低产品的气体和夹杂物的含量；精炼完毕后，并对铝硅锶熔液搅拌10-20分钟，使合金成分均匀化；
(7)静置工序；
将铝硅锶熔液进行静置3-5分钟，使熔液中的杂质充分上浮，最后清除杂质，使铝硅锶熔液的成分更加均匀；
(8)浇铸工序；
静置处理后，浇注铝硅锶熔液，浇铸温度控制在800℃，形成块状铝锶合金铸件；
(9)检测工序；
浇铸完毕后对铝锶合金铸件的成分进行检测；
(10)变质效果检测工序；
在铝合金铸件的铝溶液熔炼保温时，将多块铝锶合金铸件加入保温炉内进行变质处理；当变质完成后，取样检测变质铝合金的成分。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，其特征在于，包括步骤：
(1)配料工序；
按照重量百分比：锶4-6％、硅5-7％、余量为铝，称取铝硅合金粉和锶粉；
(2)熔炼工序；
将铝硅合金熔化，获得铝硅熔液；
(3)铝硅熔体净化工序；
向铝硅熔液加入无钠清渣剂，清除铝硅熔液中的熔渣；
(4)氩气保护工序；
净化处理后，将氩气喷向铝硅熔液表面；
(5)加锶合金化工序；
气体保护处理后，向铝硅熔液中分批次加入锶粉，然后加热熔化，形成铝硅锶熔液；
(6)精炼工序；
向铝硅锶熔液中通入氩气进行精炼处理，清除铝硅锶熔液中的气体和夹杂；
(7)静置工序；
将铝硅锶熔液进行静置处理，使熔液中的杂质上浮，最后清除杂质；
(8)浇铸工序；
浇注铝硅锶熔液，形成块状铝锶合金铸件。
2.根据权利要求1所述的适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，熔化温度为750℃，熔化后并除渣。
3.根据权利要求1所述的适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，需加入占总重量1.5‰的无钠清渣剂，并 充分搅拌后将熔渣处理干净。
4.根据权利要求1所述的适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)中，需分四批将锶粉加入铝硅熔液中，第一批加入投料量的40％，第二批加入炉次投料量的30％，第三批加入炉次投料量的20％，第四批加入炉次投料量的10％。
5.根据权利要求4所述的适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)中，各批次加入时间间隔3-6分钟，加锶过程温度控制在750-800℃。
6.根据权利要求4所述的适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)中，每次向铝硅熔液加入定量锶粉后，使用超声搅拌装置对熔液进行搅拌。
7.根据权利要求1所述的适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，其特征在于，所述步骤(6)中，精炼完毕后，对铝硅锶熔液搅拌10-20分钟，使合金成分均匀化。
8.根据权利要求1至7任一所述的适用于铸造铝硅合金的铝锶合金变质剂的制备工艺，其特征在于，还包括步骤：
(9)检测工序；
浇铸完毕后对铝锶合金铸件的成分进行检测；
(10)变质效果检测工序；
在铝合金铸件的铝溶液熔炼保温时，将多块铝锶合金铸件加入保温炉内进行变质处理；当变质完成后，取样检测变质铝合金的成分。
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Title
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