CN106591635A - 一种稀土Y变质AlSi9Cu2铸造铝合金的方法 - Google Patents

Abstract

一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，它涉及一种变质铸造铝硅合金的方法。本发明解决了采用变质剂Sr得到的AlSi9Cu2铸造合金中存在气孔缺陷的问题。本发明方法：称取高纯铝、Al‑20Si中间合金、高纯铜和Al‑10Y中间合金原料，将高纯铝和Al‑20Si中间合金熔化后，向其中压入高纯铜熔炼得熔体，再向熔体中加入Al‑10Y中间合金，熔炼后浇注即可。本发明方法简单，适于规模化生产。得到的Y变质AlSi9Cu2合金没有气孔出现，显著细化合金的铸态组织，改善其强韧性，提高铸件的致密性。

Description

一种稀土Y变质AlSi9Cu2铸造铝合金的方法

技术领域

本发明涉及一种变质铸造铝硅合金的方法。

背景技术

Al-Si合金具有良好的铸造性能和力学性能，是当前工业上应用最为广泛的铸造铝合金。Al-Si合金的密度低，铸造性能好，力学性能高，能铸造复杂形状的高强度铸件，其在汽车、航空航天等行业得到广泛的应用。

在Al-Si合金中，Cu的加入可以形成CuAl₂强化相，AlSi9Cu2合金的强化手段为时效硬化，可利用位错理论来解释，即：溶质元素的扩散与偏聚，从而形成溶质元素富集区即无线微区域，随着时效时间的延长，这些区域会与基体生成多种不同的析出相，进而形成应力交变场，使得位错运动更加困难进而产生位错强化。因而Al-Si-Cu合金倍受关注。

Al-Si合金在未变质处理时，合金的铸态组织中初生α-Al枝晶发达，具有较强的取向性，宏观晶粒尺寸约1000μm，二次枝晶臂间距可达30μm，共晶硅相呈粗大的片条状，其长度可达150μm。这种粗大的片条状脆性相严重割裂基体，由于共晶硅相的热稳定性强，在后续的热处理中无法溶入基体组织，从而显著降低合金的强度和塑性。

近年来，国内外研究人员对Al-Si系铸造铝合金熔体的细化变质研究进行了大量的尝试。目前，常用的变质剂主要有：钠盐、Al-3Ti-4B中间合金、锶及稀土等。其中钠盐是最早应用于细化铝合金熔体的变质剂，通常以NaCl， KCl和NaF三元混合物的形式加入。其特点是可以初生α-Al枝晶细化为约120μm的等轴晶，同时部分细化粗大的片条状共晶硅相。其缺点是钠元素极易烧损，导致有效变质时间短，变质剂中的氟、氯离子容易腐蚀铁质坩埚，从而使铝合金熔体中引入大量的杂质元素铁。变质后铝液的流动性降低，铸件形成缩孔、疏松倾向加大，并且难于清除坩埚上的炉瘤。锶也是常用的铝合金熔体变质剂。其特点是锶元素加入量为0.02~0.06wt.%即可以细化铝硅合金的铸态组织，并且有效变质时间长，至少能在6h内使Al-Si合金共晶硅充分变质。但是Sr在铝合金熔体中容易产生吸氢现象，形成SrH₂化合物，除氢困难，铸件中易形成针孔缺陷，降低合金的力学性能。

发明内容

本发明提供了一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，它涉及一种变质铸造铝硅合金的方法，得到了具有良好抗拉强度和延伸率的AlSi9Cu2合金。本发明解决了采用变质剂Sr得到AlSi9Cu2合金中存在气孔缺陷的问题。

本发明稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法是通过以下步骤实现的：一、按重量百分比称取51.5%~57.5%的质量纯度为99.99%的高纯铝、42.5%~48.5%的Al-20Si中间合金、1. 5%~2.5%的质量纯度为99.99%的高纯铜和1.5%~2.5%的Al-l0Y中间合金；二、将步骤一称取的高纯铝和Al-20Si中间合金清洗干燥后放入功率为10kW的电阻炉中，加热至完全熔化，熔体温度控制在750℃~780℃；三、采用温度为200℃的石墨钟罩将步骤一称取的高纯铜压入步骤二得到的熔体中，保温静置15~25min，得AlSi9Cu2合金熔体，其中石墨钟罩使用前在200℃下预热10~20min；四、对步骤三的AlSi9Cu2合金熔体加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼处理1min后，向AlSi9Cu2合金熔体中加入步骤一称取的Al-l0Y中间合金，搅拌均匀，保温静置20~30min后，扒渣，然后将合金熔体降温至720℃后常温浇注到金属型中，即得稀土Y变质的AlSi9Cu2合金；其中控制Y的加入量为得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金总质量的0. 15%~0. 25%。

本发明步骤一中的原料均为市场销售的产品。

本发明的稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法中的变质剂Y以Al-10Y中间合金的形式加入，工艺简单，成分容易控制，而且制备过程不需特殊设备。本发明的方法成型采用金属型，能使合金熔体冷却速率大，能使稀土Y起到更好的变质效果。金属型条件下Y可以显著改变共晶硅的形态，变质后合金铸态性能提高。

稀土元素Y加入铝合金中可以显著改善铝合金的组织，细化晶粒，改善共晶硅的形态，添加Y变质剂后共晶硅形态为纤维状；可以去除铝合金中气体和有害杂质，减少铝合金的裂纹源，减少气孔和氧化夹杂，从而会提高合金的力学性能。Y元素作为一种性质比较活泼重稀土元素，有净化合金熔体、改善组织形态和除气的作用，在铝合金的研究和应用中越来越多受到重视。

本发明的方法在不添加细化剂的情况下，添加稀土元素作为变质剂，得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金中没有气孔缺陷，解决了Sr作为变质剂得到的AlSi9Cu2合金中存在气孔缺陷的问题，同时达到了与采用变质剂Sr得到的AlSi9Cu2合金相当的综合力学性能。

本发明得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金的抗拉强度达到299MPa，比未进行变质的AlSi9Cu2合金的抗拉强度(262MPa)提高了14.12%，与采用Sr作为变质剂得到的AlSi9Cu2合金的抗拉强度(302MPa)相当；本发明得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金的延伸率达8.7%，比未进行变质的AlSi9Cu2合金的延伸率(6.9%)提高了26.08%，与采用Sr作为变质剂得到的AlSi9Cu2合金的延伸率(8. 9%)相当。

附图说明

图1是具体实施方式二中的Y变质AlSi9Cu2合金的合金组织扫描电镜。

图2是具体实施方式二中的Y变质AlSi9Cu2合金的应力应变曲线和未变质的AlSi9Cu2合金的应力应变曲线对比图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

实施方式1

本实施方式的稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法是通过以下步骤实现的：一、按重量百分比称取51.5%~57.5%的质量纯度为99.99%的高纯铝、42.5%~48.5%的Al-20Si中间合金、1.5%~2.5%的质量纯度为99.99%的高纯铜和1.5%~2.5%的Al-l0Y中间合金；二、将步骤一称取的高纯铝和Al-20Si中间合金清洗干燥后放入功率为10kW的电阻炉中，加热至完全熔化，熔体温度控制在750℃~780℃；三、采用温度为200℃的石墨钟罩将步骤一称取的高纯铜压入步骤二得到的熔体中，保温静置15~25min，得AlSi9Cu2合金熔体，其中石墨钟罩使用前在200℃下预热10~20min；四、对步骤三的AlSi9Cu2合金熔体加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼处理1min后，向AlSi9Cu2合金熔体中加入步骤一称取的Al-l0Y中间合金，搅拌均匀，保温静置20~30min后，扒渣，然后将合金熔体降温至720℃后常温浇注到金属型中，即得稀土Y变质的AlSi9Cu2合金；其中控制Y的加入量为得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金总质量的0. 15%~0. 25%。

本实施方式步骤一中称取的原理均为市场销售的产品。

本实施方式的稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法中的变质剂Y以Al-10Y中间合金的形式加入，工艺简单，成分容易控制，而且制备过程不需特殊设备。稀土元素Y加入铝合金中可以显著改善铝合金的组织，细化晶粒，改善共晶硅的形态，添加Y变质剂后共晶硅形态为纤维状；可以去除铝合金中气体和有害杂质，减少铝合金的裂纹源，减少气孔和氧化夹杂，从而会提高合金的力学性能。

实施方式2

本实施方式的稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法是通过以下步骤实现的：一、按重量百分比称取52.5%的质量纯度为99.99%的高纯铝、43.5%的Al-20Si中间合金、2.0%的质量纯度为99.99%的高纯铜和2.0%的Al-l0Y中间合金；二、将步骤一称取的高纯铝和Al-20Si中间合金清洗干燥后放入功率为10kW的电阻炉中，加热至完全熔化，熔体温度控制在780℃；三、采用温度为200℃的石墨钟罩将步骤一称取的高纯铜压入步骤二得到的熔体中，保温静置20min，得AlSi9Cu2合金熔体，其中石墨钟罩使用前在200℃下预热15min；四、对步骤三的AlSi9Cu2合金熔体加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼处理1min后，向AlSi9Cu2合金熔体中加入步骤一称取的Al-l0Y中间合金，搅拌均匀，保温静置25min后，扒渣，然后将合金熔体降温至720℃后常温浇注到金属型中，即得稀土Y变质的AlSi9Cu2合金；其中控制Y的加入量为得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金总质量的0.2%。

本实施方式得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金的抗拉强度达到299MPa，比未进行变质的AlSi9Cu2合金的抗拉强度(262MPa)提高了14.12%，本发明得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金的延伸率达8.7%，比未进行变质的AlSi9Cu2合金的延伸率(6.9%)提高了26.08%。

本实施方式得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金的扫描电镜如图1所示。由图1可见，共晶硅组织为纤维状，合金组织均匀。

本实施方式得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金的拉伸应力-应变曲线与未变质的AlSi9Cu2合金的拉伸应力-应变曲线对比图由图2所示。

Claims (10)

1.一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，其特征在于稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法是通过以下步骤实现的：一、按重量百分比称取51.5%~57.5%的质量纯度为99. 99%的高纯铝、42. 5%~48.5%的Al-20Si中间合金、1. 5%~2.5%的质量纯度为99. 99%的高纯铜和1.5%~2.5%的Al-l0Y中间合金；二、将步骤一称取的高纯铝和Al-20Si中间合金清洗干燥后放入功率为10kW的电阻炉中，加热至完全熔化，熔体温度控制在750℃~780℃；三、采用温度为200℃的石墨钟罩将步骤一称取的高纯铜压入步骤二中得到的熔体内，保温静置15~25min，得到AlSi9Cu2合金熔体，其中石墨钟罩使用前在200℃下预热10~20min；四、对步骤三的AlSi9Cu2合金熔体加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼处理5~10min后，向AlSi9Cu2合金熔体中加入步骤一称取的Al-l0Y中间合金，搅拌均匀，保温静置20~30min后，扒渣，然后将合金熔体降温至720℃后常温浇注到金属型中，即得稀土Y变质的AlSi9Cu2合金；其中控制Y的加入量为得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金总质量的0. 15%~0. 25%。

2.根据权利要求1所述的一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，其特征在于步骤一中按重量百分比称取51.5%~57.5%的质量纯度为99. 99%的高纯铝、42. 5%~48.5%的Al-20Si中间合金、1. 5%~2.5%的质量纯度为99. 99%的高纯铜和1.5%~2.5%的Al-l0Y中间合金。

3.根据权利要求1所述的一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，其特征在于步骤一中按重量百分比称取52.7%的质量纯度为99. 99%的高纯铝、43.5%的Al-20Si中间合金、1.8%的质量纯度为99. 99%的高纯铜和2%的Al-l0Y中间合金。

4.根据权利要求1、2和3所述的一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，其特征在于步骤二中熔体温度控制在780℃。

5.根据权利要求4所述的一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，其特征在于步骤三中保温静置20min。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，其特征在于步骤三中石墨钟罩使用前在200℃下预热15min。

7.根据权利要求6所述的一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，其特征在于步骤四中对步骤三的AlSi9Cu2合金熔体加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼处理1min。

8.根据权利要求1、2、3、5或7所述的一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，其特征在于步骤四中保温静置25min。

9.根据权利要求8所述的一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，其特征在于控制Y的加入量为得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金总质量的0. 15%~0. 25%。

10.根据权利要求8所述的一种稀土Y变质AlSi9Cu2合金的方法，其特征在于控制Y的加入量为得到的稀土Y变质的AlSi9Cu2合金总质量的0. 2%。