CN106756305A - 一种铝合金变质处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金技术领域,涉及一种铝合金的变质处理方法。本发明以Al‑10Zr、Al‑12Er中间合金为变质剂,以A356铝合金为变质对象;添加0.20%Zr、0.40%Er含量,通过配料、熔炼、变质处理等工艺流程,显著改善A356铝合金的微观组织和性能;经Al‑10Zr中间合金、Al‑12Er中间合金变质处理的A356铝合金的抗拉强度为225MPa、伸长率为6.4%,较未变质处理的A356铝合金的抗拉强度、伸长率分别提高52.8%、36.2%。
Description
技术领域
本发明属于铝合金技术领域,涉及一种铝合金的变质处理方法。
背景技术
铸造Al-Si合金具有优良的铸造性能及力学性能,由于其铸造流动性好、强度较高及良好的机械加工特性等,使Al-Si合金在航空航天、船舶及汽车等领域均有广泛的应用。随着汽车、航空等领域的进一步发展,现有的Al-Si合金铸件将难以满足其发展要求,为了拓宽Al-Si合金的应用范围,可以通过细化变质处理方式获得细小、均匀分布的等轴初生铝相,从而提高Al-Si合金的性能。
稀土元素可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附,阻碍晶粒的生长,结果导致晶粒细化,有变质的作用。研究发现,稀土La、Ce、Sc、Er等均能不同程度地改善A356合金(Al-7Si-0.6Mg)的枝晶组织及共晶硅形貌,细化晶粒,提高合金的力学性能。但是,La、Ce、Er的细化效果有限,Sc价格昂贵,无法满足工业应用。Er可在铝合金中形成Al3Er强化相,改善合金组织和综合性能。Zr对铝合金的耐蚀性能及变形组织的稳定性有明显改善,合金的综合性能提高,此外,添加Zr有利于细化合金晶粒。所以,通过同时添加Zr、Er元素可以达到改善A356铝合金组织、细化晶粒,从而提高合金的强度和韧性的效果。
发明内容
本发明的目的是在满足铝合金化学要求的前提下,提高铝合金组织和力学性能,提出一种有效的稳定的铝合金变质处理方法。
根据本发明的第一个方面,本发明提供了一种铝合金变质处理方法,其步骤为:
1)将石墨坩埚置于SG2-7.5-12型电阻坩埚炉,预热至500℃;
2)将铝合金原材料放入石墨坩埚中,升温至750℃使原料完全熔化,所述铝合金原材料为Al-7Si-0.6Mg的A356铝合金;
3)步骤2)中熔体降至720℃~750℃,向熔体中加入Al-10Zr中间合金和Al-12Er中间合金;
4)用石墨棒均匀的搅拌1min,保温4~6min,使各元素均匀分布;
5)熔体温度降至700℃~720℃用钟罩压入熔体质量的0.20%的六氰乙烷进行除气除渣,静置10min,扒渣、过滤;
6)浇注到预热至220℃的模具中,制成金相试样。
根据本发明的另一个方面,步骤3)中Al-10Zr中间合金最终加入重量为Zr含量达到炉内铝熔体总重量的0.10-0.20%,优选0.20%。
根据本发明的又一个方面,步骤3)中Al-12Er中间合金最终加入重量为Er含量达到炉内铝熔体总重量的0.20-0.40%,优选0.40%;
本发明中的Zr、Er混合稀土是A356合金(Al-7Si-0.6Mg)的一种长效变质剂,既细化了共晶硅,也对初生铝起到一定细化作用,合金的性能得到提高。本发明利用Zr、Er混合稀土开发新型铝合金变质剂,所开发的变质剂能细化铸造铝合金,成本较低,可应用于铝铸件的批量生产。
本发明提供的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)变质方法所产生的晶粒更细小、均匀;高倍组织枝晶明显,枝晶间距小,组织分布均匀。有效解决了A356(Al-7Si-0.6Mg)铸造铝合金晶粒粗大、不均匀的问题,晶粒度得到明显改善。
附图说明
图1是未细化变质的铝合金微观组织示意图。
图2是本发明实施例1所制备合金的微观组织示意图。
图3是本发明实施例2所制备合金的微观组织示意图。
图4是本发明实施例3所制备合金的微观组织示意图。
图5是本发明实施例4所制备合金的微观组织示意图。
图6是本发明实施例5所制备合金的微观组织示意图。
图7是本发明实施例6所制备合金的微观组织示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。
本发明所用A356(Al-7Si-0.6Mg)铸造铝合金,各元素含量为:Si 7.0%~7.5%,Mg 0.3%~0.4%,Fe 0.1%~0.2%,Ti 0.12%~0.15%,余量为Al。
实施例1
将A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)置于内部清理干净并预热至500℃的石墨坩埚中,置于SG2-7.5-12型电阻炉内升温至750℃熔化,待A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)全部熔化后,温度为720℃~750℃时用钟罩压入Al-12Er中间合金,使得Er含量达到0.20%。用石墨棒均匀的搅拌1min,保温4~6min,使各元素均匀分布,待熔体温度降至700℃~720℃用钟罩压入熔体质量的0.10%的六氰乙烷进行除气除渣,静置10min,扒渣、过滤,浇注到预热至220℃的金属模具中,制成金相试样,观察金相组织。
实施例1中0.20%Er含量的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)凝固组织中,初生铝相细化,二次枝晶臂间距减小,平均尺寸为26.5μm(见图2)。
与实施例1中原料和处理工序相同,采取未添加Al-12Er中间合金细化剂的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)凝固组织中,初生铝枝晶为粗大的树枝状,有明显的二次枝晶臂(见图1)。
按国家标准规定加工3根金属型拉伸试样棒,室温拉伸力学性能测试在WDW电子万能材料实验机上进行,拉伸速率为1mm/min,力学性能取平均值,此时,经Al-12Er中间合金变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为158.1MPa、伸长率为5.8%,较未变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为147.3Mpa、伸长率为4.7%,分别提高7.3%、23.4%。
实施例2
将A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)置于内部清理干净并预热至500℃的石墨坩埚中,置于SG2-7.5-12型电阻炉内升温至750℃熔化,待A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)全部熔化后,温度为720℃~750℃时用钟罩压入Al-12Er中间合金,使得Er含量达到0.40%。用石墨棒均匀的搅拌1min,保温4~6min,使各元素均匀分布,待熔体温度降至700℃~720℃用钟罩压入熔体质量的0.10%的六氰乙烷进行除气除渣,静置10min,扒渣、过滤,浇注到预热至220℃的金属模具中,制成金相试样,观察金相组织。未添加细化剂的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)凝固组织中,初生铝枝晶为粗大的树枝状,有明显的二次枝晶臂。添加0.40%Er含量的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)凝固组织中,初生铝相细化,二次枝晶臂间距减小,平均尺寸为17.5μm(见图3)。
按国家标准规定加工3根金属型拉伸试样棒,室温拉伸力学性能测试在WDW电子万能材料实验机上进行,拉伸速率为1mm/min,力学性能取平均值,此时,经Al-12Er中间合金变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为169.5MPa、伸长率为6.1%,较未变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为147.3Mpa、伸长率为4.7%,分别提高15.1%、29.8%。
实施例3
将A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)置于内部清理干净并预热至500℃的石墨坩埚中,置于SG2-7.5-12型电阻炉内升温至750℃熔化,待A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)全部熔化后,温度为720℃~750℃时用钟罩压入Al-10Zr中间合金,使得Zr含量达到0.10%。用石墨棒均匀的搅拌1min,保温4~6min,使各元素均匀分布,待熔体温度降至700℃~720℃用钟罩压入熔体质量的0.10%的六氰乙烷进行除气除渣,静置10min,扒渣、过滤,浇注到预热至220℃的金属模具中,制成金相试样,观察金相组织。未添加细化剂的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)凝固组织中,初生铝枝晶为粗大的树枝状,有明显的二次枝晶臂。添加0.10%Zr含量的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)凝固组织中,初生铝相细化,二次枝晶臂间距减小,平均尺寸为19.3μm(见图4)。
按国家标准规定加工3根金属型拉伸试样棒,室温拉伸力学性能测试在WDW电子万能材料实验机上进行,拉伸速率为1mm/min,力学性能取平均值,此时,经Al-10Zr中间合金变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为160MPa、伸长率为5.6%,较未变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为147.3Mpa、伸长率为4.7%,分别提高8.6%、19.1%。
实施例4
将A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)置于内部清理干净并预热至500℃的石墨坩埚中,置于SG2-7.5-12型电阻炉内升温至750℃熔化,待A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)全部熔化后,温度为720℃~750℃时用钟罩压入Al-10Zr、Al-12Er中间合金,使得Zr含量达到0.10%、Er含量达到0.40%。用石墨棒均匀的搅拌1min,保温4~6min,使各元素均匀分布,待熔体温度降至700℃~720℃用钟罩压入熔体质量的0.10%的六氰乙烷进行除气除渣,静置10min,扒渣、过滤,浇注到预热至220℃的金属模具中,制成金相试样,观察金相组织。与未添加细化剂的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)组织相比,添加0.1%Zr+0.40%Er的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)凝固组织中,初生相细化更加明显,二次枝晶臂间距显著减小,平均尺寸为9.8μm(见图5)。
按国家标准规定加工3根金属型拉伸试样棒,室温拉伸力学性能测试在WDW电子万能材料实验机上进行,拉伸速率为1mm/min,力学性能取平均值,此时,经Al-10Zr中间合金、Al-12Er中间合金变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为209MPa、伸长率为5.8%,较未变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为147.3Mpa、伸长率为4.7%,分别提高41.9%、23.4%。
实施例5
将A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)置于内部清理干净并预热至500℃的石墨坩埚中,置于SG2-7.5-12型电阻炉内升温至750℃熔化,待A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)全部熔化后,温度为720℃~750℃时用钟罩压入Al-10Zr、Al-12Er中间合金,使得Zr含量达到0.20%、Er含量达到0.40%。用石墨棒均匀的搅拌1min,保温4~6min,使各元素均匀分布,待熔体温度降至700℃~720℃用钟罩压入熔体质量的0.10%的六氰乙烷进行除气除渣,静置10min,扒渣、过滤,浇注到预热至220℃的金属模具中,制成金相试样,观察金相组织。与未添加细化剂的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)组织相比,添加0.2%Zr+0.40%Er的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)凝固组织中,初生相细化更加明显,二次枝晶臂间距减小十分显著,平均尺寸为7.3μm(见图6)。
按国家标准规定加工3根金属型拉伸试样棒,室温拉伸力学性能测试在WDW电子万能材料实验机上进行,拉伸速率为1mm/min,力学性能取平均值,此时,经Al-10Zr中间合金、Al-12Er中间合金变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为225MPa、伸长率为6.4%,较未变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为147.3Mpa、伸长率为4.7%,分别提高52.8%、36.2%。
实施例6
将A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)置于内部清理干净并预热至500℃的石墨坩埚中,置于SG2-7.5-12型电阻炉内升温至750℃熔化,待A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)全部熔化后,温度为720℃~750℃时用钟罩压入Al-10Zr、Al-12Er中间合金,使得Zr含量达到0.30%、Er含量达到0.40%。用石墨棒均匀的搅拌1min,保温4~6min,使各元素均匀分布,待熔体温度降至700℃~720℃用钟罩压入熔体质量的0.10%的六氰乙烷进行除气除渣,静置10min,扒渣、过滤,浇注到预热至220℃的金属模具中,制成金相试样,观察金相组织。与未添加细化剂的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)组织相比,添加0.3%Zr+0.40%Er的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)凝固组织中,初生相细化更加明显,二次枝晶臂间距减小十分显著,平均尺寸为7.7μm(见图7)。
按国家标准规定加工3根金属型拉伸试样棒,室温拉伸力学性能测试在WDW电子万能材料实验机上进行,拉伸速率为1mm/min,力学性能取平均值,此时,经Al-10Zr中间合金、Al-12Er中间合金变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为219MPa、伸长率为6.6%,较未变质处理的A356铝合金(Al-7Si-0.6Mg)的抗拉强度为147.3Mpa、伸长率为4.7%,分别提高48.7%、40.4%。
由实施例1~6可以看出,与原始的A356合金合相比,添加0.4%Er的A356合金,晶粒细化,抗拉强度和延伸率都有所提高,但添加0.2%Zr+0.40%Er变质剂的A356合金(Al-7Si-0.6Mg)中,晶粒细化效果更为显著,合金的抗拉强度和伸长率提高幅度较大,分别达到52.8%、36.2%。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式,但是应该理解的是,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。
Claims (4)
1.一种铝合金变质处理方法,包括以下步骤:
1)将石墨坩埚置于SG2-7.5-12型电阻坩埚炉,预热至500℃;
2)将铝合金原材料放入石墨坩埚中,升温至750℃使原料完全熔化,所述铝合金原材料为Al-7Si-0.6Mg的A356铝合金;
3)步骤2)中熔体降至720℃~750℃,向熔体中加入Al-10Zr中间合金和Al-12Er中间合金;
4)用石墨棒均匀的搅拌1min,保温4~6min,使各元素均匀分布;
5)熔体温度降至700℃~720℃用钟罩压入熔体质量的0.20%的六氰乙烷进行除气除渣,静置10min,扒渣、过滤;
6)浇注到预热至220℃的模具中,制成金相试样。
2.根据权利要求1所述的铝合金变质处理方法,其特征在于:步骤3)中Al-10Zr中间合金最终加入重量为Zr含量达到炉内铝熔体总重量的0.10-0.30%。
3.根据权利要求1所述的铝合金变质处理方法,其特征在于:步骤3)中Al-12Er中间合金最终加入重量为Er含量达到炉内铝熔体总重量的0.20-0.40%。
4.根据权利要求1所述的铝合金变质处理方法,其特征在于:步骤3)中Al-10Zr中间合金最终加入重量为Zr含量达到炉内铝熔体总重量的0.20%,Al-12Er中间合金最终加入重量为Er含量达到炉内铝熔体总重量的0.40%。
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