CN105200257A - 一种稀土Er变质亚共晶铝硅合金的方法 - Google Patents

Abstract

一种稀土Er变质亚共晶铝硅合金的方法，属于铝合金铸造技术领域。铝硅合金在熔融后，添加精炼剂进行精炼除气，随后加入Er元素，在720℃温度下静置保温，在一定温度下浇注成形。稀土元素Er具有良好的变质作用，其变质潜伏期短、变质有效时间长。此外，Er对铝合金还具有脱氢除气、减少氧化夹杂物的作用，改善合金的组织，提升其力学性能。

Description

一种稀土Er变质亚共晶铝硅合金的方法

技术领域

本发明属于铝合金铸造技术领域，特别涉及亚共晶铝硅合金变质处理方法。

背景技术

亚共晶铝硅合金由于其铸造流动性好、气密性好、收缩率小、热裂倾向小，成为一种应用最广泛的铸造合金。但在铸态合金中，共晶硅相是以片层状的形态分布在铝基体上，粗大的片层状硅相会严重割裂合金基体，且易在硅相尖端和棱角部位引起应力集中，导致合金的力学性能明显降低。目前在工业生产中，一般采用变质处理的方法来消除硅相的不利影响。变质处理是通过加入一些微量元素改善共晶硅的形状、大小和分布，从而粗大的片层状硅相变质成细小颗粒状，大大提升合金的力学性能。

针对亚共晶铝硅合金的变质主要有Na变质、Sr变质、Sb变质和稀土变质。Na元素变质虽然变质效果好，可使片状的共晶硅相纤维化，但是易衰退失效。Sr变质虽然具有长效性、重熔性好、变质效果明显等优点，但潜伏期长、吸气倾向严重、烧损严重，组织容易产生气孔、缩松等缺陷。Sb变质具有不衰退、脱气等优点，但Sb变质效果一般，且相应时间慢。

发明内容

本发明的目的是克服现有变质方法的缺点，提出一种用于亚共晶铝硅合金的新型变质方法，其具有变质效果好、响应时间快、抗衰退性好、成本低廉、工艺简单等优点。此外，还具有脱氢除气、精炼熔体、减少氧化夹杂物的作用。

一种变质亚共晶铝硅合金的新方法，主要包括中间合金加入、静置保温、浇注等步骤，其特征在于：铝硅合金在熔融后，添加精炼剂进行精炼除气，随后加入Er元素，在720℃温度下静置保温，在一定温度下浇注成形。

Er元素以合金形式加入，Er元素在合金熔液中的质量百分含量控制在0.05-0.5wt.％，优选0.3wt.％，此时的变质效果最佳。

Er元素以Al-Er合金加入后，在720℃温度下静置保温10min，此时的变质效果最佳。

加入Al-Er合金后，在740℃温度下浇注成形，此时的变质效果最佳。

本发明具体技术方案如下：

(1)按亚共晶铝硅合金的成分进行配料；

(2)将配好的亚共晶铝硅合金的原料如包括高纯铝、铝硅合金、铝铜合金、铝锰合金等放入干燥箱内干燥后，随后放入石墨黏土坩埚(如2.5Kg石墨黏土坩埚)中随炉加热；在电阻炉中将合金熔化之后，加热至720℃；

(3)用预热至300℃的石墨钟罩，将铝箔包裹精炼剂压入步骤(2)合金熔液内部并缓慢搅拌，精炼剂为质量比1:1的六氯乙烷和氟硅酸钠，加入量为合金熔液质量的0.5％-2.0％，一分钟后用扒渣勺除去表面的残渣；

(4)向步骤(3)合金熔液中加入Er元素，充分搅拌，Er元素在合金熔液中的质量百分含量控制在0.05-0.5wt.％，优选0.3wt.％；

(5)步骤(4)的合金熔液在一定温度下进行保温静置处理之后，在一定温度时浇注到事先预热到250℃的金属型模具中。

本发明所用的中间合金均为常用合金。

在亚共晶铝硅合金中添加Er后，适量的添加改变了共晶硅相的形貌和大小，硅相由粗大的层片状变为细小的颗粒状，且共晶Si相的平均面积下降了80％，产生很明显的变质效果。在凝固过程中，当熔液达到共晶反应点时，发生共晶形核。硅相作为领先相，其固液界面前沿存在着很多界面台阶，硅原子在这些台阶上堆砌长大，加入Er元素之后，Er元素吸附在硅原子生长台阶上，由于Er原子半径远远大于硅原子，改变了硅相密排面的原子堆积次序及生长方向，从而产生变质效果。在Er变质中熔液的冷却速率起到一定的影响，因此浇注时选择金属型模具。

本发明在保温时间为60min时，仍有保持最佳的变质效果，具有长效性，克服了Na变质的易衰退缺点。在铸态组织中存在的气孔率和缩孔率很低，克服了Sr变质过程容易析氢的缺点，不发生氯化反应，克服了Sr变质易烧损的缺点。添加Er元素5min后，共晶硅的形貌和大小就得到极大地优化，克服Sb变质响应慢、效果差的缺点；

稀土Er易与氧、硫、卤族元素等形成化学性质稳定的化合物,沉淀在熔液底部，起到精炼的目的。Er与铝合金中的低熔点元素Sn、Bi、Pb、Zn等生成熔点高、密度轻的二元或多元化合物，这些化合物上浮成渣析出从而净化铝液。稀土元素Er具有良好的变质作用，其变质潜伏期短、变质有效时间长。此外，Er对铝合金还具有脱氢除气、减少氧化夹杂物的作用，改善合金的组织，提升其力学性能。

附图说明

图1为500倍未变质的亚共晶铝硅合金的铸态组织扫面电镜图；

图2为500倍充分变质后的亚共晶铝硅合金的铸态组织扫面电镜图；

图3为5000倍未变质的亚共晶铝硅合金的铸态组织扫面电镜图；

图4为5000倍充分变质后的亚共晶铝硅合金的铸态组织扫面电镜图。

具体实施方式

本发明对于亚共晶铝硅合金均适用，本发明的以下是害死了只是为了详细的举例说明，但本发明并不局限于以下实施方式，凡是本发明的核心技术条件下的各种修改和替换，均属于本发明的范围之内。其中未变质的亚共晶铝硅合金指的是不加Er元素的过程。

实施例1：

1)在对亚共晶铝硅合金进行配料的过程中，配制铝硅合金、铝铜合金、铝锰合金与纯镁后，Si元素在合金中质量比为7wt.％，Cu元素在合金中质量比为0.05wt.％，Mn元素在合金中质量比为0.08wt.％，Mg元素在合金中质量比为0.35wt.％；2)在电阻炉中将纯铝与所有合金熔化之后，加热至720℃；3)用六氯乙烷和氟硅酸钠(质量比1:1)组成的精炼剂进行精炼、扒渣；4)在720℃时，将事先铝箔包裹铝镁合金加入溶液中，搅拌之后保温5分钟；5)以一定形式向合金中加入Er元素，充分搅拌，Er元素在合金质量控制在0.05-0.5wt.％，优选0.3wt.％；7)加入Er元素后，进行保温处理，一定温度下浇注到预热250℃的金属型模具中。具体变质效果见图2与图4。

实施例2：

与实施例1不同之处在于，Si元素在合金中质量比为3wt.％，Cu元素在合金中质量比为0.05wt.％，Mn元素在合金中质量比为0.1wt.％，Mg元素在合金中质量比为0.3wt.％；加入Er元素后，在680-740℃之间保温处理，优选保温温度为720℃，保温处理后浇注到预热250℃的金属型模具中。在此条件下可达到与实施例1相同的变质效果。

实施例3：

与实施例1不同之处在于，Si元素在合金中质量比为5wt.％，Cu元素在合金中质量比为0.1wt.％，Mn元素在合金中质量比为0.1wt.％；加入Er元素后，在720℃保温10-60min，优选保温时间为10min，保温处理后浇注到预热250℃的金属型模具中。在此条件下可达到与实施例1相同的变质效果。

实施例4：

与实施例1不同之处在于，Si元素在合金中质量比为8.5wt.％，Cu元素在合金中质量比为0.1wt.％，Mn元素在合金中质量比为0.1wt.％，Mg元素在合金中质量比为0.38wt.％；加入Er元素后，在680-780℃条件下浇注到预热250℃的金属型模具中，优选的浇注温度为740℃。在此条件下可达到与实施例1相同的变质效果。

实施例5：与实施例1不同之处在于，Si元素在合金中质量比为11wt.％，Cu元素在合金中质量比为0.2wt.％，Mn元素在合金中质量比为0.15wt.％，Mg元素在合金中质量比为0.45wt.％；加入Er元素后，在720℃保温10min后，在740℃时浇注到预热250℃的金属型模具中。在此条件下可达到与实施例1相同的变质效果。

Claims (7)

1.一种变质亚共晶铝硅合金的新方法，主要包括中间合金加入、静置保温、浇注步骤，其特征在于：铝硅合金在熔融后，添加精炼剂进行精炼除气，随后加入Er元素，在720℃温度下静置保温，在一定温度下浇注成形。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，Er元素以合金形式加入，Er元素在合金熔液中的质量百分含量控制在0.05-0.5wt.％。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，Er元素在合金熔液中的质量百分含量控制在0.3wt.％。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，Er元素以Al-Er合金加入后，在720℃温度下静置保温10min。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，加入Al-Er合金后，在740℃温度下浇注成形。

6.按照权利要求1的方法，其特征在于，添加精炼剂进行精炼除气为：用预热至300℃的石墨钟罩，将铝箔包裹精炼剂压入合金熔液内部并缓慢搅拌，精炼剂为质量比1:1的六氯乙烷和氟硅酸钠，加入量为合金熔液质量的0.5％-2.0％，一分钟后用扒渣勺除去表面的残渣。

7.按照权利要求1-6任一项所述的方法制备得到的变质亚共晶铝硅合金。