CN107699720A - 一种铝合金变质剂及用其进行铝合金浇铸的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金变质剂，包括碳化铝、氯化钠、镧、硒和CuP14，使用其进行铝合金浇铸的工艺包括熔融铝锭、不同温度下加入变质剂的不同组分、浇铸和快速冷却等步骤；本发明的有益效果是：本发明添加碳化铝粉末，碳化铝在较高温度时结构稳定，能够为初晶硅提供结晶核心，弥补了P变质适用温度范围小的缺陷，在850‑1000℃和750‑800℃两个温度范围内分别加入CuP14与镧和硒，可进一步使铝合金变质，保证铝合金在不同的温度范围内初晶硅尺寸可控，本发明在750‑800℃下浇铸铝液，在初晶硅形态均匀且尺寸较小的情况下采用较快的降温工艺，可避免初晶硅在较慢的温度变化过程中充分生长，可进一步控制硅晶体的尺寸，从而实现铝合金铸件具有较好的机械性能。

Description

一种铝合金变质剂及用其进行铝合金浇铸的工艺

技术领域

本发明涉及铝合金加工领域，尤其涉及一种铝合金变质剂及用其进行铝合金浇铸的工艺。

背景技术

随着科技的进步和制造业的发展，对设备和零部件的轻质化要求越来越高，设备的轻质化能够大幅降低设备自身的磨损和对能源的消耗。铝合金制品作为一种典型的轻质金属材料，具有易加工成型和优良的机械性能，尤其是在汽车工业中，铝合金代替了大部分的钢制品，大幅降低了汽车的重量。汽车部件应具有良好的耐热、耐磨及尺寸稳定的性质，Al-Si系列铝合金不仅具有Al基体轻质、导电的性能，还具有Si离子耐热、膨胀系数小、硬度高、耐磨的优点，可作为汽车核心部件，比如发动机气缸。

在制备Al-Si合金时，由于有害元素的干扰和不适当的工艺使得合金中Si的宏观偏析严重，分布很不均匀，合金中初晶硅和共晶硅呈条状或针状，割裂了Al基体的连续性，使合金中的应力集中点明显增多，影响铝合金的机械性能和使用周期。解决上述问题可以向铝合金中加入P变质剂，加入的P变质剂在Al-Si合金浇铸时起到成核剂的作用，在800℃时与Al反应生产AlP，为初晶硅提供稳定的结晶核心，使得初晶硅细化，硅晶体分布均匀、形态圆润。但是由于合金中AlP在高于1000℃后会熔解，因此Al-Si合金在800-1000℃温度范围内P变质效果明显，该温度范围之外则效果不佳，Si元素的结晶不可控。此外，常见的P变质剂一般含有赤磷的混合盐或者P的化合物，在使用时和铝液的相容性不好容易出现富集，影响变质效果，并且这些P变质剂的使用会产生比较严重的环境污染。

发明内容

本发明针对Al-Si合金中P变质温度范围较小以及P变质剂自身缺陷的问题，提供一种铝合金变质剂及用其进行铝合金浇铸的工艺。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种铝合金变质剂，按重量份数计，包括如下组分：

碳化铝30-50份、氯化钠10-15份、镧5-10份、硒2-8份、CuP143-5份；其中，碳化铝为粉末状，粒径为1-5μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为1-3mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为3-5mm；CuP14为颗粒状，粒径为5-7mm。

进一步，所述铝合金变质剂适用铝合金种类为铸造Al-Si合金。

使用上述的铝合金变质剂进行铝合金浇铸的工艺，包括以下步骤：

1)熔融：将用于熔解铝合金的熔融炉进行清理，去除杂质和残留金属，升温至700℃，称量一定重量的铝锭，置入炉中进行熔解，并搅拌熔体使其熔解均匀，以铝合金变质剂占铝锭重量的1％为标准，按重量份称取铝合金变质剂的各组分；

2)加入碳化铝和氯化钠：将熔融的铝液升温至1200℃，静置20min后，将碳化铝粉末通过氮气流从铝液底部吹进铝液中，将氯化钠粉末分批次加入铝液中，搅拌均匀后静置1h；

3)加入CuP14：将铝液按100℃/h降温至1000℃后，将CuP14分成5份、间隔30min加入到铝液中，搅拌均匀，将温度缓慢降至850-900℃，静置1.5h；

4)加入镧和硒：将铝液缓慢降温至800℃，加入镧和硒，搅拌均匀后，控制温度在750-800℃，静置30min；

5)浇铸冷却：将模具清理干净，预热至250-300℃，将步骤4)静置后的铝液浇铸到模具中，浇铸完成后，将模具以2-8℃/s快速冷却至100-150℃后脱模，将铸件自然冷却至常温后进行后续处理。

本发明的有益效果是：

1、本发明添加碳化铝粉末，碳化铝在较高温度时结构稳定，可与铝液中的Al元素形成一定的配位结构，可稳定均匀地分布在铝液中而不会出现富集，C元素与Si元素属于相同主族，相似度高，易于与Si元素作用形成稳定的晶核，且碳化铝的熔点高达2100℃，在铝液中会始终保持固体结构，能够在全温度范围内为初晶硅提供结晶核心，弥补了P变质适用温度范围小的缺陷；

2、在850-1000℃和750-800℃两个温度范围内分别加入CuP14与镧和硒，可进一步使铝合金变质，保证铝合金在不同的温度范围内初晶硅尺寸可控，解决了单一变质剂对温度的依赖性；

3、本发明在750-800℃下浇铸铝液，在初晶硅形态均匀且尺寸较小的情况下采用较快的降温工艺，可避免初晶硅在较慢的温度变化过程中充分生长，进一步控制硅晶体的尺寸，从而实现铝合金铸件具有较好的机械性能。

具体实施方式

以下结合实例对本发明进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种铝合金变质剂，按重量份数计，包括如下组分：碳化铝30份、氯化钠10份、镧5份、硒2份、CuP143份；

其中，碳化铝为粉末状，粒径为1μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为1mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为3mm；CuP14为颗粒状，粒径为5mm。

实施例2

一种铝合金变质剂，按重量份数计，包括如下组分：碳化铝40份、氯化钠13份、镧8份、硒5份、CuP144份；

其中，碳化铝为粉末状，粒径为3μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为2mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为4mm；CuP14为颗粒状，粒径为6mm。

实施例3

一种铝合金变质剂，按重量份数计，包括如下组分：碳化铝50份、氯化钠15份、镧10份、硒8份、CuP145份；

其中，碳化铝为粉末状，粒径为5μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为3mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为5mm；CuP14为颗粒状，粒径为7mm。

采用实施例1-3铝合金变质剂进行铝合金浇铸的工艺，包括以下步骤：

1)熔融：将用于熔解铝合金的熔融炉进行清理，去除杂质和残留金属，升温至700℃，称量一定重量的铝锭，置入炉中进行熔解，并搅拌熔体使其熔解均匀，以铝合金变质剂占铝锭重量的1％为标准，按重量份称取铝合金变质剂的各组分；

2)加入碳化铝和氯化钠：将熔融的铝液升温至1200℃，静置20min后，将碳化铝粉末通过氮气流从铝液底部吹进铝液中，将氯化钠粉末分批次加入铝液中，搅拌均匀后静置1h；

3)加入CuP14：将铝液按100℃/h降温至1000℃后，将CuP14分成5份、间隔30min加入到铝液中，搅拌均匀，将温度缓慢降至850-900℃，静置1.5h；

4)加入镧和硒：将铝液缓慢降温至800℃，加入镧和硒，搅拌均匀后，控制温度在750-800℃，静置30min；

5)浇铸冷却：将模具清理干净，预热至250-300℃，将步骤4)静置后的铝液浇铸到模具中，浇铸完成后，将模具以2-8℃/s快速冷却至100-150℃后脱模，将铸件自然冷却至常温后进行后续处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种铝合金变质剂，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：

碳化铝30-50份、氯化钠10-15份、镧5-10份、硒2-8份、CuP143-5份；

其中，碳化铝为粉末状，粒径为1-5μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为1-3mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为3-5mm；CuP14为颗粒状，粒径为5-7mm。

2.根据权利要求1所述的铝合金变质剂，其特征在于，所述铝合金变质剂适用铝合金种类为铸造Al-Si合金。

3.一种使用如权利要求1或2所述的铝合金变质剂进行铝合金浇铸的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)熔融：将用于熔解铝合金的熔融炉进行清理，去除杂质和残留金属，升温至700℃，称量一定重量的铝锭，置入炉中进行熔解，并搅拌熔体使其熔解均匀，以铝合金变质剂占铝锭重量的1％为标准，按重量份称取铝合金变质剂的各组分；

2)加入碳化铝和氯化钠：将熔融的铝液升温至1200℃，静置20min后，将碳化铝粉末通过氮气流从铝液底部吹进铝液中，将氯化钠粉末分批次加入铝液中，搅拌均匀后静置1h；

3)加入CuP14：将铝液按100℃/h降温至1000℃后，将CuP14分成5份、间隔30min加入到铝液中，搅拌均匀，将温度缓慢降至850-900℃，静置1.5h；

4)加入镧和硒：将铝液缓慢降温至800℃，加入镧和硒，搅拌均匀后，控制温度在750-800℃，静置30min；

5)浇铸冷却：将模具清理干净，预热至250-300℃，将步骤4)静置后的铝液浇铸到模具中，浇铸完成后，将模具以2-8℃/s快速冷却至100-150℃后脱模，将铸件自然冷却至常温后进行后续处理。