CN106756152A - 一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法 - Google Patents

一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106756152A
CN106756152A CN201611175826.7A CN201611175826A CN106756152A CN 106756152 A CN106756152 A CN 106756152A CN 201611175826 A CN201611175826 A CN 201611175826A CN 106756152 A CN106756152 A CN 106756152A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite
aluminum
sio
richness
high ferro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611175826.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张松利
印厚尚
张炳荣
张冬梅
张倩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhenjiang Powerise Special Alloy Technology Development Co Ltd
Original Assignee
Zhenjiang Powerise Special Alloy Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhenjiang Powerise Special Alloy Technology Development Co Ltd filed Critical Zhenjiang Powerise Special Alloy Technology Development Co Ltd
Priority to CN201611175826.7A priority Critical patent/CN106756152A/zh
Publication of CN106756152A publication Critical patent/CN106756152A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/06—Making non-ferrous alloys with the use of special agents for refining or deoxidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys

Abstract

本发明公开了一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法，包括以下步骤：（1）制备SiO2/富Fe铝基复合材料的熔体，在780℃保温反应30min；(2)对多元复合细化变质剂在200℃进行预热，所述多元复合细化变质剂包含Sr、Mn、Al‑3Ti‑B。（3）将多元复合细化变质剂加入铝合金溶液中，充分搅拌至完全反应，加入C2Cl6进行精炼除气，扒渣后于铜模中浇铸成型。本发明将高铝硅合金中相的细化与变质处理合为一体，简化了熔体处理工艺，其方法简单，细化变质剂制备方便，加入量易于控制，无污染析出且变质效果明显。

Description

一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法
技术领域
本发明属于铝合金铸造技术领域，特别涉及一种复合细化变质SiO2/富Fe铝基复合材料的方法。
背景技术
铝及其合金质量轻、强度高、耐腐蚀性能优异、导电性能和成型性能好，成为广泛应用的金属材料之一，是仅次于钢铁材料的第二大金属结构材料。高含量的铝合金中主要存在三元相α-Fe相和β-Fe相，其中α-Fe相呈汉字状，具有复杂旋绕的枝晶，对铝合金性能的危害较小。而β-Fe相在铝合金中呈粗大的针片状，对基体有严重的割裂作用。
亚共晶铝硅合金的密度低，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。对于未变质的铝硅合金，共晶硅相呈粗大片状或块状结构，且比较脆，在相的尖端和棱角处引起应力集中，早期的裂纹容易在此处产生，力学性能特别是塑性显著降低。
为进一步改善铝合金性能，通过外加或者内生反应法在铝合金基体获得高硬颗粒，即铝基复合材料，是提高铝合金耐磨性和高温力学性能的有效手段。该类型材料往往具有比强度、比刚度高、热膨胀系数小、高温性能好、抗疲劳性能好等优点，近年来已在航空、航天、汽车工业、先进武器制造等领域受到广泛应用。
针对亚共晶铝硅合金的变质主要有Na变质、Sr变质、Sb变质等。目前，工业生产过程中都会对铝硅合金进行变质处理，来改变共晶硅形态，由粗大的片状或针状转变为纤维状，提高合金的力学性能，尤其是延伸率，同时变质对Al-Si合金的收缩行为也有强烈的抑制作用，工业中最常用的变质剂是Sr中间合金和盐。Na盐由于容易衰退和不易控制逐渐被Sr取代，但是研究结果表明，Sr变质剂的加入也伴随着气孔等缺陷的增多，也容易产生过变质现象，降低合金的性能。Sb变质具有不衰退、脱气等优点，但变质效果一般，且相应时间慢。
Mn是变质铝硅合金中Fe相最常见且最有效的变质元素。吴亮等【吴亮，Mn、Sr对铝硅合金中铁相的影响，铸造，2011年12期（60），1185-1189】证实Mn可将β-Fe相由针状转变成细小的鱼骨状，并均匀分布于α-Al枝晶中。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的旨在提供一种复合细化变质高铁SiO2/铝基复合材料的方法得到了具有良好抗拉强度和延伸率的合金，改善了材料的微观组织结构。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法，包括以下步骤：
（1）制备SiO2/富Fe铝基复合材料的熔体，在780℃保温反应30min；
（2）对多元复合细化变质剂在200℃进行预热，所述细化变质剂包含Sr、Mn、Al-3Ti-B；
（3）将细化变质剂投入步骤（1）制备的SiO2/富Fe铝基复合材料的熔体中，在温度730-750℃保温15min，并施加机械搅拌。加入C2Cl6进行精炼除气，扒渣后于铜模中浇铸成型；
所述Al-3Ti-B用量为：SiO2/富Fe铝基复合材料质量的0.1%-0.2%。
所述Sr元素的用量为：SiO2/富Fe铝基复合材料质量的0.03%-0.12%。
所述Mn元素的用量为：SiO2/富Fe铝基复合材料中Fe元素质量的0.6%-0.8%。
所述C2Cl6的用量为：SiO2/富Fe铝基复合材料质量的0.15%。
所述多元复合细化变质剂由Al-3Ti-B、Al-10Sr、Al-10Mn中间合金组成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明将对Fe相的细化变质处理与亚共晶Si相的变质处理合为一体，简化了铸造铝合金中相熔体处理工艺，降低了成本，且经大量实验和生产证明，具有非常好的细化变质效果，改善了铝硅合金的性能；
（2）本发明的多元复合细化变质处理方法工艺简单，多元复合细化变质剂成分易于控制，易于实现工业化批量生产；
（3）本发明的多元复合细化变质剂在使用过程中，均无污染物排出，属于环保型技术；
（4）本发明制备的SiO2/富Fe铝基复合材料较基体高铁铝硅合金性能得到了大幅度的提升。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施案例1：
AlSi9Cu1-1Fe复合材料的制备：
本实施案例中的1.5%SiO2/富Fe铝基复合材料的制备技术具体操作方法如下：
1.首先将一定量的富Fe铝硅合金在300℃下预热5min，采用井式电阻炉、石墨坩埚熔炼上述材料；
2.将温度升高至780℃，保温20min，待铝硅合金熔化后，将1.5%质量分数的SiO2粉末加入至合金溶液中，进行搅拌，反应30min后取出坩埚，加入C2Cl6进行精炼除气。最后浇铸于铜模之中。空冷后取样观察显微组织，并测试其力学性能。发现，合金中α-Al成粗大枝晶状分布，Fe相则以粗大针片状β-Fe相存在，Si相则以片状，长条针状形式存在。材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为240MPa、210MPa和2.1%。
实施案例2：
AlSi9Cu1-1Fe复合材料的制备及变质处理：
本实施案例与实施案例1基本相同，本案例所添加的Mn含量为Fe含量的0.65倍，Sr含量为铝硅复合材料的0.09%。本案例对AlSi9Cu1-1Fe复合材料的制备及变质处理的具体操作流程如下：
1.首先将一定量的富Fe铝硅合金在300℃下预热5min，采用井式电阻炉、石墨坩埚熔炼上述材料；
2.将温度升高至780℃，保温20min，待铝硅合金熔化后，将1.5%质量分数的SiO2粉末加入至合金溶液中，进行搅拌，反应30min后取出坩埚，加入C2Cl6进行精炼除气；
3.将温度降至730℃-750℃，加入0.9%的Al-10Sr合金以及6.5%的Al-10Mn中间合金，进行搅拌，反应15min中取出，加入C2Cl6进行精炼除气，最后浇铸于铜模之中。空冷后取样观察显微组织，并测试其力学性能。发现，大针片状β-Fe相几乎已经完全转变为汉字状α-Fe相存在，共晶Si相尖端变得圆润化，逐渐向类球状转变，基体晶粒也的到了一定的细化，逐渐向等轴晶转变。材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为280MPa、240MPa和5.2%，较原始复合材料分别提升了16.7%、14.2%以及147.6%。
实施案例3：
AlSi9Cu1-1Fe复合材料的制备及复合细化变质处理：
本实施案例与实施案例1基本相同，本案例所添加的Mn含量为Fe含量的0.65倍，Sr含量为铝硅复合材料的0.09%，Al-3Ti-B含量为铝硅复合材料的0.1%。本案例对AlSi9Cu1-1Fe复合材料的制备及复合变质处理的具体操作流程如下：
1.首先将一定量的富Fe铝硅合金在300℃下预热5min，采用井式电阻炉、石墨坩埚熔炼上述材料；
2.将温度升高至780℃，保温20min，待铝硅合金熔化后，将1.5%质量分数的SiO2粉末加入至合金溶液中，进行搅拌，反应30min后取出坩埚，加入C2Cl6进行精炼除气；
3.将温度降至730℃-750℃，加入0.9%的Al-10Sr合金、6.5%的Al-10Mn中间合金以及0.1%的Al-3Ti-B合金，进行搅拌，反应15min中取出，加入C2Cl6进行精炼除气，最后浇铸于铜模之中。空冷后取样观察显微组织，并测试其力学性能。发现，大针片状β-Fe相几乎已经完全转变为国字状α-Fe相存在，共晶Si相尖端变得圆润化，逐渐向类球状转变，基体晶粒也的到了显著细化，等轴晶化较细化之前更为明显。材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为290MPa、248MPa和5.7%，较原始复合材料分别提升了20.8%、18.1%以及171.4%。性能提升相当明显。

Claims (7)

1.一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备SiO2/富Fe铝基复合材料，并在780℃保温反应30min；
（2）对多元复合细化变质剂在200℃进行预热，所述细化变质剂包含Sr、Mn、Al-3Ti-B；
（3）将细化变质剂投入步骤（1）制备的SiO2/富Fe铝基复合材料的熔体中，在温度730-750℃保温15min，并进行搅拌，加入C2Cl6进行精炼除气，扒渣后于铜模中浇铸成型。
2.根据权利要求1所述的复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法，其特征在于Sr元素的用量为SiO2/富Fe铝基复合材料的0.03%-0.12%。
3.根据权利要求1所述的复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法，其特征在于Mn元素的用量为SiO2/富Fe铝基复合材料中Fe元素质量的0.6%-0.8%。
4.根据权利要求1所述的复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法，其特征在于，Al-3Ti-B用量为SiO2/富Fe铝基复合材料的0.1%-0.2%。
5.根据权利要求1所述的复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法，其特征在于：多元复合细化变质剂由Al-3Ti-B、Al-10Sr、Al-10Mn中间合金组成。
6.根据权利要求1所述的复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法，其特征在于，所述SiO2/富Fe铝基复合材料的组成为：
Fe：1%-1.5%；
Si：7%-11%；
SiO2: 1.5%；
Al：余量。
7.根据权利要求1所述的复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法步骤（3）所述，C2Cl6的用量为SiO2/富Fe铝基复合材料的0.15%。
CN201611175826.7A 2016-12-19 2016-12-19 一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法 Pending CN106756152A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611175826.7A CN106756152A (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611175826.7A CN106756152A (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106756152A true CN106756152A (zh) 2017-05-31

Family

ID=58890388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611175826.7A Pending CN106756152A (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106756152A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108998687A (zh) * 2018-07-25 2018-12-14 广东省材料与加工研究所 一种富铁相变质剂及其制备方法和变质方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0313271A1 (en) * 1987-10-20 1989-04-26 Alcan International Limited Metal matrix composite with silicon-free reinforcing preform
CN102296196A (zh) * 2011-09-26 2011-12-28 江苏大学 一种跨尺度原位颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN104195385A (zh) * 2014-08-29 2014-12-10 沈阳工业大学 提高亚共晶Al-Si合金电导率的长效变质剂及制备和使用方法
CN104745894A (zh) * 2015-03-17 2015-07-01 江苏思莱姆智能科技有限公司 多相纳米陶瓷颗粒增强Al基复合材料及其激光3D打印成形方法
CN105087990A (zh) * 2015-08-19 2015-11-25 华南理工大学 一种变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0313271A1 (en) * 1987-10-20 1989-04-26 Alcan International Limited Metal matrix composite with silicon-free reinforcing preform
CN102296196A (zh) * 2011-09-26 2011-12-28 江苏大学 一种跨尺度原位颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN104195385A (zh) * 2014-08-29 2014-12-10 沈阳工业大学 提高亚共晶Al-Si合金电导率的长效变质剂及制备和使用方法
CN104745894A (zh) * 2015-03-17 2015-07-01 江苏思莱姆智能科技有限公司 多相纳米陶瓷颗粒增强Al基复合材料及其激光3D打印成形方法
CN105087990A (zh) * 2015-08-19 2015-11-25 华南理工大学 一种变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘瑞玲 等: "《铸造使用数据速查手册 第2版》", 31 May 2014 *
王维 等: "《材料科学基础》", 31 July 2011 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108998687A (zh) * 2018-07-25 2018-12-14 广东省材料与加工研究所 一种富铁相变质剂及其制备方法和变质方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104946940B (zh) 一种压铸铝合金及其制备方法
US8097101B2 (en) Aluminium casting alloy
CN108103363B (zh) 一种用于亚共晶铝硅铸造合金的细化-变质剂及其制备方法和应用
CN108286001B (zh) 一种半固态压铸高强韧铝合金的制备方法
CN110714148A (zh) 一种高性能半固态压铸铝合金及其制备方法
CN108396204B (zh) 一种亚共晶铝硅合金铸件及提高其性能的工艺方法
CN112143945B (zh) 一种多种复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金及其制备方法
WO2016015488A1 (zh) 铝合金及其制备方法和应用
CN109136674B (zh) 一种石墨烯稀土钪协同增强Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法
CN109487107B (zh) 一种兼具富铁相变质的铸造铝合金的复合变质剂及其变质方法
CN107587012B (zh) 一种轻质铸造Al-Si-Li合金材料及其制备方法
CN111690844B (zh) 一种共晶型Al-Fe-Mn-Si-Mg压铸合金及制备方法与应用
CN101705397A (zh) 一种Al-Si-Mg-Er稀土铸造铝合金
CN110408807B (zh) 一种亚共晶Al-Si铸造合金及其制备方法
CN110541094A (zh) 一种压铸铝合金及车用部件
CN108893662B (zh) 一种高耐磨再生铝合金及其制备方法和应用
CN106521258A (zh) 一种高强度硅铝合金及其制备方法
CN113862531A (zh) 一种铝合金及其制备方法
CN102367525A (zh) 一种铸造铝合金的制备方法
CN107675038A (zh) 一种轻质铸造Al‑Si‑Li‑Cu合金材料及其制备方法
CN111763856A (zh) 一种亚共晶Al-Si-Mg-Ti-Sn铸造合金及其制备方法
US20160298217A1 (en) Aluminum Alloy Refiner Material and Preparation Method Thereof
WO2022134275A1 (zh) 一种铝合金以及铝合金结构件
CN102912197A (zh) 一种铝硅镁系铸造铝合金及其制备方法
CN101792877A (zh) 一种半导体设备用铝合金及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170531