CN108342624A - 一种铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法 - Google Patents

一种铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法，以铸造铝锌硅镁合金、Al‑5Ti合金、Al‑10Sr合金三种原料的质量百分比为1：(0.006‑0.016)：(0.001‑0.006)的比例配料、熔化，熔体经过精炼处理、变质处理后浇注到树脂砂型中。本发明主要适用于铸造铝锌硅镁合金(Zn：7‑13％；Si：6‑10％；Mg：0.05‑0.5％，余量为Al)，经Ti和Sr联合变质处理，砂型铸造条件下的铝锌硅镁合金的Si相得到有效改变，共晶Si呈细小的纤维状，枝晶周围的粗大Si相尺寸明显降低。经过该处理方法处理之后，砂型铸造条件下，铝锌硅镁合金强度达到252MPa左右，延伸率达到2.2％。

Description

一种铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法
技术领域
本发明涉及铸造铝合金的组织控制方法，属于合金铸造技术领域。
背景技术
铸造铝锌硅镁合金的主要成分为Al、Zn、Si、Mg。Zn在α-Al中溶解度大，在室温下有很强的析出倾向，这也是铸造铝锌硅镁合金可以在铸态下可以直接自然时效的原因。Si的作用是提高合金的流动性，保证优秀的铸造性能，Mg作为强化元素，可以在凝固的过程中形成强化相Mg2Si保证合金强度。经过自然时效后的铝锌硅镁合金强度较高，目前在制造大型、复杂和承受高负荷的零件上有着广泛的应用。
在正常的砂型铸造条件下，铝锌硅镁合金成分中的Si虽然保证了优良的铸造性能，但也带来了Si变质不充分的问题，具体表现为组织中存在粗大尺寸的Si相，而且无论是足量的Sr变质剂还是足量的Na变质剂都无法解决这个问题。合金性能的高低往往取决于合金组织的好坏，铝锌硅镁合金组织中粗大Si相的大量分布已经严重影响了其力学性能，尤其是铸态下合金的延伸率，例如作为铸造铝锌硅镁合金的一种的G-AlZn10Si8Mg，该合金铸态强度能达到220MPa，延伸率只有1.3％左右。
目前，关于如何有效变质铝锌硅镁合金中的Si相这一问题尚未得以解决。为了提高铸造铝锌硅镁合金的性能，进一步拓宽合金的应用范围，针对其组织中出现粗大Si相的问题，本发明采用Ti和Sr联合添加的办法对Si相进行变质。Sr作为常用变质剂可以保证共晶Si最大程度得到变质，而凝固过程中的溶质Ti可以对粗大Si相起到分散作用，使得粗大Si相的尺寸得到有效控制。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供一种铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法，是一种改善铸造铝锌硅镁合金组织的方法，利用Ti和Sr联合添加的方法提高Si相变质的效果(包括粗大Si相和共晶Si相)，进而提高铸造合金的性能。
技术方案：本发明的一种铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法，包括以下步骤：
步骤1：以铸造铝锌硅镁合金、Al-5Ti合金、Al-10Sr合金三种原料进行配料，随后将原料加温在200-250℃预热备用；
步骤2：电阻炉空炉升温至500-600℃后，将步骤1中预热的铝锌硅镁合金放入电阻炉坩埚内加热，随后升温至使合金充分熔化，获得铝锌硅镁合金熔体；
步骤3：将步骤2中获得的均匀熔体保温至720-740℃后，向熔体中添加Al-5Ti合金并且搅拌均匀，随后保温；
步骤4：在720-740℃对熔体进行精炼处理，随后保温；
步骤5：变质处理：在700-710℃条件下，向熔体中添加Al-10Sr合金并搅拌均匀，随后升温至720-730℃保温；
步骤6：浇铸：将步骤5保温结束后的熔体浇入树脂砂型中，待冷却后取出铸件。
其中，
在步骤4中所述的精炼处理是采用旋转喷吹氮气对熔体进行精炼处理。
所述铸造铝锌硅镁合金中主要元素的质量百分比为：Zn：7-13％；Si：6-10％；Mg：0.05-0.5％，余量为Al。
所述铸造铝锌硅镁合金、Al-5Ti合金、Al-10Sr合金三种原料的质量百分比为1：(0.006-0.016)：(0.001-0.006)。
所述步骤2中预热的铝锌硅镁合金放入电阻炉坩埚内加热，随后升温至750-760℃保温20-30分钟使合金充分熔化。
所述步骤3、步骤4、步骤5的保温时间分别为20-30min。
有益效果：
1.本发明利用Ti和Sr对铸造铝锌硅镁合金在凝固过程中的Si进行联合变质作用，减少了组织中大尺寸块状Si的出现，一定程度上缓解该合金Si变质不完全的问题，而得到的合金组织中块状Si的数量大幅度减少，尺寸变小；而共晶Si相变质效果更好。
2.本发明中涉及的处理方法简单有效，极大程度改善了铝锌硅镁合金的组织中Si变质的情况，有效缓解了该合金在砂型铸造条件下变质不完全的问题，并且微量元素添加过程中无污染物产生，属于环保型技术；
3.本发明制备的铸造铝锌硅镁合金性能得到明显提高，主要体现在抗拉强度和延伸率两个方面。未经该方法处理的合金抗拉强度在220MPa，延伸率为1.3％；经过该熔体处理方法处理之后，合金强度提升到252MPa左右，延伸率提升到2.2％。
附图说明
图1：砂型铸造条件下经Sr变质的铸造铝锌硅镁合金显微组织照片
图2：砂型铸造条件下经Ti和Sr联合变质的铸造铝锌硅镁合金显微组织照片(实施例2)
图3：砂型铸造条件下经Ti和Sr联合变质的铸造铝锌硅镁合金显微组织照片(实施例3)
具体实施方式
步骤1：以铸造铝锌硅镁合金、Al-5Ti合金、Al-10Sr合金三种原料的质量百分比为1：(0.006-0.016)：(0.001-0.006)的比例进行配料，随后将原料在200-250℃预热备用；
步骤2：电阻炉空炉升温至500-600℃后，将步骤1中预热的铝锌硅镁合金放入电阻炉坩埚内加热，随后升温至750-760℃保温20-30分钟使合金充分熔化，获得铝锌硅镁合金熔体；
步骤3：将步骤2中获得的均匀熔体保温至720-740℃后，向熔体中添加Al-5Ti合金并且搅拌均匀，随后保温20-30min；
步骤4：在720-740℃对熔体进行精炼处理，随后保温20-30min。可选地，在该步骤中采用旋转喷吹氮气对熔体进行精炼处理；
步骤5：变质处理，具体是在700-710℃条件下，向熔体中添加Al-10Sr合金并搅拌均匀，随后升温至720-730℃保温20-30分钟；
步骤6：浇注，具体是将步骤5保温结束后的熔体浇入树脂砂型中，待冷却后取出试样。
优选地，铸造铝锌硅镁合金中各元素的质量百分比为：Zn：7-13％；Si：6-10％；Mg：0.05-0.5％，余量为Al。
下面结合实例，对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：本实施例中Ti和Sr对铸造铝锌硅镁合金联合变质的方法如下：
步骤1：以Al-10Zn-8Si-0.3Mg合金、Al-5Ti合金、Al-10Sr合金三种原料按照Ti的添加量为300ppm、Sr250ppm的比例备料，随后将原料在250℃预热备用；
步骤2：电阻炉空炉升温至500-600℃后，将步骤1中预热的铝锌硅镁合金放入电阻炉坩埚内加热，随后升温至760℃保温20-30分钟使合金充分熔化，获得铝锌硅镁合金熔体；
步骤3：将步骤2中获得的均匀熔体保温至720℃后，向熔体中添加Al-5Ti合金并且搅拌均匀，随后保温20-30min；
步骤4：在730℃对熔体进行精炼处理，随后保温20-30min。可选地，在该步骤中采用旋转喷吹氮气对熔体进行精炼处理；
步骤5：变质处理，具体是在700℃条件下，向熔体中添加Al-10Sr合金并搅拌均匀，随后升温至720℃保温20-30分钟；
步骤6：浇注，具体是将步骤5保温结束后的熔体浇入树脂砂型中，待冷却后取出试样。
实施例2：本实施例与实施例1不同的是步骤1中，Ti的添加量为500ppm，其它与实施例1均相同。
实施例3：本实施例与实施例1不同的是步骤1中，Ti的添加量为800ppm，其他与实施例1均相同。
实施例4：本实施例与实施例1不同的是步骤3中，Al-5Ti合金的添加温度改为740℃，其他与实施例1均相同。
实施例5：本实施例与实施例1不同的是步骤4中，开始精炼的温度改为740℃，其他与实施例1均相同。
实施例6：本实施例与实施例1不同的是步骤5中，变质处理过程中Sr的添加温度改为710℃，随后在730℃下保温20-30min，其他与实施例1均相同。

Claims (6)

1.一种铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：以铸造铝锌硅镁合金、Al-5Ti合金、Al-10Sr合金三种原料进行配料，随后将原料加温在200-250℃预热备用；
步骤2：电阻炉空炉升温至500-600℃后，将步骤1中预热的铝锌硅镁合金放入电阻炉坩埚内加热，随后升温至使合金充分熔化，获得铝锌硅镁合金熔体；
步骤3：将步骤2中获得的均匀熔体保温至720-740℃后，向熔体中添加Al-5Ti合金并且搅拌均匀，随后保温；
步骤4：在720-740℃对熔体进行精炼处理，随后保温；
步骤5：变质处理：在700-710℃条件下，向熔体中添加Al-10Sr合金并搅拌均匀，随后升温至720-730℃保温；
步骤6：浇铸：将步骤5保温结束后的熔体浇入树脂砂型中，待冷却后取出铸件。
2.根据权利要求1所述的铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法，其特征在于，在步骤4中所述的精炼处理是采用旋转喷吹氮气对熔体进行精炼处理。
3.根据权利要求1所述的铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法，其特征在于，所述铸造铝锌硅镁合金中主要元素的质量百分比为：Zn：7-13％；Si：6-10％；Mg：0.05-0.5％，余量为Al。
4.根据权利要求1所述的铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法，其特征在于，所述铸造铝锌硅镁合金、Al-5Ti合金、Al-10Sr合金三种原料的质量百分比为1：(0.006-0.016)：(0.001-0.006)。
5.根据权利要求1所述的铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法，其特征在于，所述步骤2中预热的铝锌硅镁合金放入电阻炉坩埚内加热，随后升温至750-760℃保温20-30分钟使合金充分熔化。
6.根据权利要求1所述的铸造铝锌硅镁合金Si相变质的方法，其特征在于，所述步骤3、步骤4、步骤5的保温时间分别为20-30min。
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