CN107190162B - 铝硅合金细化变质一体化处理中间合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铝硅合金细化变质一体化处理中间合金及其制备方法，所述硅合金细化变质一体化处理中间合金的制备方法包括以下步骤：将纯铝在电阻炉中升温熔化，使铝液温度升高至850℃；去除铝液表面氧化皮，将KBF4均匀的撒到铝液表面；去除熔体表面的熔渣及K‑Al‑F余盐；待熔体温度升高至880℃，将纯锑用铝箔包裹加入到熔体中；去除熔体表面的熔渣及氧化皮充分搅拌，将熔体浇到金属型铸模中，制备得到铝硅合金细化变质一体化处理中间合金。采用该方法制备得到的中间合金用来处理铝硅合金，能够在铝硅合金中同时实现优良的α‑Al的晶粒细化和共晶Si变质效果，而且晶粒细化和共晶Si变质效果互不干扰。

Description

铝硅合金细化变质一体化处理中间合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金技术，尤其涉及一种铝硅合金细化变质一体化处理中间合金及其制备方法。
背景技术
铝硅合金由于优良的综合力学性能而广泛的应用在汽车、航天等领域。随着科学技术的发展，对材料的性能的提出了更高的要求。铸造铝硅合金的力学性能无法通过塑性加工来提高，因而合金铸态的组织决定了其最终的力学性能。亚共晶铝硅合金的组织由α-Al和共晶Si组成，其中α-Al决定了合金的整体力学性能，共晶Si在铸件处于拉伸应力状态下容易成为裂纹源。
工业上一般采取晶粒细化和化学变质的方法来改善铝硅合金的微观组织，其中晶粒细化一般采用含B元素的中间合金细化剂，共晶变质一般采用Sr变质剂，它们一般都是单独对铝硅合金进行处理，而当它们同时处理铝硅合金时，由于Sr和B之间的二元反应生成SrB6，从而产生中毒反应，使得细化、变质效果都被抑制。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有中间合金易生中毒反应，使得铝硅合金细化、变质效果都被抑制问题，提出一种铝硅合金细化变质一体化处理中间合金的制备方法，采用该方法制备得到的中间合金用来处理铝硅合金，能够在铝硅合金中同时实现优良的α-Al的晶粒细化和共晶Si变质效果，而且晶粒细化和共晶Si变质效果互不干扰；不仅大大的简化了细化、变质一体化处理的工艺流程，而且能够极大程度的提高铝硅合金的力学性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铝硅合金细化变质一体化处理中间合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取KBF4，并将其研磨后置于干燥箱中200-250℃烘干1-3h；
步骤二、称取纯铝和纯锑(Sb)，将纯铝和纯锑置于干燥箱中110-200℃烘干0.5-1h；
步骤三、将纯铝在电阻炉中升温熔化，使铝液温度升高至850～860℃；
步骤四、去除铝液表面氧化皮，将称量并干燥好的KBF4均匀的撒到铝液表面；
步骤五、保温5～10min后，去除熔体表面的熔渣及K-Al-F余盐；
步骤六、待熔体温度升高至880～900℃，将纯锑用铝箔包裹加入到熔体中；
步骤七、待纯锑熔化后保温15～20min，去除熔体表面的熔渣及氧化皮并充分搅拌，将熔体浇到金属型铸模中，制备得到硅合金细化变质一体化处理中间合金(Al-10Sb-1B中间合金细化变质剂)。
进一步地，所述KBF4、纯铝和纯锑的质量比为1.3～1.6：9.5～10：1。
进一步地，所述KBF4研磨至细小均匀。
进一步地，步骤二中纯铝在干燥前，用去脂剂去除表面油污及氧化皮。
进一步地，所述去脂剂为铝材脱脂清洗剂，所述铝材脱脂清洗剂为酸性脱脂剂，华维科技生产，编号HW-010。
本发明的另一个目的还公开了一种铝硅合金细化变质一体化处理中间合金，由上述硅合金细化变质一体化处理中间合金的制备方法制备而成。
本发明铝硅合金细化变质一体化处理中间合金及其制备方法，与现有技术相比较具有以下优点：
1)应用本发明所制备的硅合金细化变质一体化处理中间合金处理Al-Si合金，能够实现优良晶粒细化和共晶Si变质一体化处理效果，同时细元素B与变质元素Sb之间互不作用，不产生“毒化反应”，从而解决了细化剂和变质共同作用时的产生“毒化”作用的难题。
2)本发明所制备的硅合金细化变质一体化处理中间合金不仅能大大的简化了细化、变质一体化处理的工艺流程，而且能够极大程度的提高铝硅合金的力学性能。
本发明铝硅合金细化变质一体化处理中间合金(Al-10Sb-1B)的试验结果如下：
由图1可见Al-10Sb-1B中间合金的组织纯净，含有大量的AlSb相及AlB2颗粒，它们是作为变质和形核的有效粒子，AlB2颗粒部分呈团聚状。
有图2可见未处理时中间合金的晶粒十分粗大，宏观下可以清晰的分辨单个晶粒大小，晶粒尺寸达到1400μm，采用Al-10Sb-1B中间合金处理后，α-Al的晶粒尺寸显著减小，宏观下已经难以分辨单个晶粒大小，此时晶粒尺寸减小到190μm，晶粒尺寸已经完全符合工业应用要求，这表明Al-10Sb-1B中间合金具有优异的晶粒细化效果。
有图3可见未处理时Al-7Si合金中共晶Si呈粗大的板片状，因而容易在拉伸载荷下成为裂纹萌生和扩展的地方，经Al-10Sb-1B中间合金处理后，共晶Si实现完全变质，此时共晶Si由粗大的板片状变为细小的纤维状，这表明Al-10Sb-1B中间合金不仅具有优异的晶粒细化效果，还具有优异的共晶Si变质作用。
Al-Si合金经过Al-10Sb-1B中间合金处理后不仅能够得到良好的晶粒细化效果，还能够实现共晶Si的完全变质。表1则为Al-10Sb-1B中间合金处理后A356合金的拉伸性能，并与未处理以及Sb单独变质处理A356合金的拉伸性能进行比较。可以看到未处理时A356合金的抗拉强度和延伸率最低，进行Sb变质处理时，合金的抗拉强度和延伸率都有了较大幅度的提升，而经过Al-10Sb-1B中间合金处理后，合金的抗拉强和延伸率与Sb单独变质处理得到了进一步的提高，此时铸态下合金的抗拉强度达到了194MPa，而延伸率则高达12.1％，表明所制备的Al-10Sb-1B由于其优异的晶粒细化和共晶变质作用能够极大的提高合金的拉伸性能。
表1不同处理条件下A356合金的拉伸性能
附图说明
图1为本发明铝硅合金细化变质一体化处理中间合金的微观组织示意图，其中(a)为Al-10Sb-1B中间合金的微观组织；(b)为铝硅合金细化变质一体化处理中间合金的XRD衍射分析；(c)为中间合金中团聚状AlB2颗粒的分布；
图2为本发明铝硅合金细化变质一体化处理中间合金的细化处理效果，其中：(a)为未经处理的Al-7Si合金宏观晶粒组织；(b)为经铝硅合金细化变质一体化处理中间合金(Al-10Sb-1B中间合金)处理的Al-7Si合金宏观晶粒组织；
图3为本发明铝硅合金细化变质一体化处理中间合金的变质处理效果，其中：(a)为未经处理的Al-7Si合金的微观组织；(b)为经铝硅合金细化变质一体化处理中间合金(Al-10Sb-1B中间合金)处理的Al-7Si合金的微观组织。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种铝硅合金细化变质一体化处理中间合金(Al-10Sb-1B)，其采用下述方法制备而成：
(1)配制500g Al-10Sb-1B中间合金，按照90％的收成率配比称取64.8g的KBF4，将KBF4用研杵沿磨成细小均匀的粉末并置于干燥皿中，用干燥箱在250℃对KBF4烘干2h，去除水分；
(2)按照10％的烧损称量好纯铝490g，并切成小块，用脱脂剂去除铝锭表面的油污和氧化皮，并在110℃烘干30min；按配比称量好50g纯锑；
(3)将纯铝置于石墨坩埚中在电阻炉中熔化，升温使得铝液温度达到850℃；
(4)去除铝液表面熔渣及氧化皮，将干燥好的KBF4均匀的撒到熔体表面；
(5)保温5min后，去除表面的K-Al-F盐；
(6)在电阻炉中保温5min使得熔体温度达到880℃，将纯锑用铝箔包裹加入到熔体中；
(7)待纯锑熔化后保温15min，去除熔体表面熔渣和氧化皮并用石墨棒充分搅拌20s，将熔体浇注到金属型铸模中，得到铝硅合金细化变质一体化处理中间合金。
本实施例制备得到的铝硅合金细化变质一体化处理中间合金能够实现优良晶粒细化和共晶Si变质一体化处理效果，同时细元素B与变质元素Sb之间互不作用，不产生“毒化反应”，从而解决了细化剂和变质共同作用时的产生“毒化”作用的难题。
实施例2
本实施例公开了一种铝硅合金细化变质一体化处理中间合金，其采用下述方法制备而成：
(1)配制1000g Al-10Sb-1B中间合金，按照90％的收成率配比称取130g的KBF4，将KBF4用研杵沿磨成细小均匀的粉末并置于干燥皿中，用干燥箱在200～250℃对KBF4烘干1～3h，去除水分；
(2)按照10％的烧损称量好纯铝980g，并切成小块，用脱脂剂去除铝锭表面的油污和氧化皮，并在110～200℃烘干30min～1h；按配比称量好100g纯锑；
(3)将纯铝置于石墨坩埚中在电阻炉中熔化，升温使得铝液温度达到850℃；
(4)去除铝液表面熔渣及氧化皮，将干燥好的KBF4均匀的撒到熔体表面；
(5)保温5min后，去除表面的K-Al-F盐；
(6)在电阻炉中保温5min使得熔体温度达到880℃，将纯锑用铝箔包裹加入到熔体中；
(7)待纯锑熔化后保温15min，去除熔体表面熔渣和氧化皮并用石墨棒充分搅拌20s，将熔体浇注到金属型铸模中，得到铝硅合金细化变质一体化处理中间合金。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种铝硅合金细化变质一体化处理中间合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、称取KBF4，并将其研磨后置于干燥箱中200-250℃烘干1-3h；
步骤二、称取纯铝和纯锑，将纯铝和纯锑置于干燥箱中110-200℃烘干0.5-1h；
步骤三、将纯铝在电阻炉中升温熔化，使铝液温度升高至850～860℃；
步骤四、去除铝液表面氧化皮，将称量并干燥好的KBF4均匀的撒到铝液表面；
步骤五、保温5min～10min后，去除熔体表面的熔渣及K-Al-F余盐；
步骤六、待熔体温度升高至880～900℃，将纯锑用铝箔包裹加入到熔体中；
步骤七、待纯锑熔化后保温15～20min，去除熔体表面的熔渣及氧化皮并充分搅拌，将熔体浇到金属型铸模中，制备得到硅合金细化变质一体化处理中间合金。
2.根据权利要求1所述铝硅合金细化变质一体化处理中间合金的制备方法，其特征在于，所述KBF4、纯铝和纯锑的质量比为1.3～1.6：9.5～10：1。
3.根据权利要求1所述铝硅合金细化变质一体化处理中间合金的制备方法，其特征在于，步骤二中纯铝在干燥前，用去脂剂去除表面油污及氧化皮。
4.根据权利要求3所述铝硅合金细化变质一体化处理中间合金的制备方法，其特征在于，所述去脂剂为铝材脱脂清洗剂。
5.一种铝硅合金细化变质一体化处理中间合金，其特征在于，由权利要求1-4任意一项所述方法制备而成。
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