CN108411134A - 一种强化铸造铝锌硅镁合金的熔体处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强化铸造铝锌硅镁合金的熔体处理方法，以铸造铝锌硅镁合金、Al‑10La合金、Al‑3B合金、Al‑10Sr合金四种原料进行熔化、精炼处理、变质处理、浇注到树脂砂型中等熔炼步骤。本发明主要适用于铸造铝锌硅镁合金，经Al‑10La和Al‑3B细化剂同时添加及综合变质，对熔体进行处理，可使铝锌硅镁合金组织得到有效调控，铝相枝晶呈细小等轴状、晶粒尺寸细小均匀，共晶Si变质效果得以改善，最终合金性能得到明显提升，经过该熔体处理方法处理之后，砂型铸造条件下，铝锌硅镁合金强度达到256MPa，延伸率达到2.6％。

Description

一种强化铸造铝锌硅镁合金的熔体处理方法
技术领域
本发明属于金属合金铸造技术领域,具体涉及一种强化铸造铝锌硅镁合金的方法。
背景技术
铸造铝锌硅镁合金有着无需固溶处理即可时效强化的特点，这是其成分中含有Zn元素决定的。由于高温下Zn在α-Al中的固溶度很高，正常凝固速度下，室温时Al中仍然固溶有大量的溶质Zn，随后经自然时效或人工时效即可达到合金强化的效果。与此同时，铝锌硅镁合金中含有较高的Si元素，保证了合金的流动性，使合金具有好的铸造性能。而Mg可形成Mg2Si相，起到强化相的作用。
与应用广泛的铸造Al-Si系合金相比，工业应用上的铸造铝锌硅镁合金一般采取铸态下自然时效的方式进行强化，从而省去了热处理的步骤，这不仅在很大程度上降低了实际生产过程中的成本，而且对于资源节约也有着重大的意义，因此，该合金也有“绿色材料”之称，在未来生产应用上有着巨大的潜力。
由于有着强度高和无需热处理的优势，铸造铝锌硅镁合金常用于制造大型、复杂和承受高负荷的零件。目前国内外对于铸造铝锌硅镁合金的研究还很少，合金的性能尤其是塑性一直未能有明显的提高，限制了其广泛使用。针对这样一种绿色材料，通过对其组织的调控来提高合金综合性能是该合金应用和发展的关键。
细晶强化是一种有效的提高合金强度和塑性的方法，在铝合金铸造工艺过程中，添加适当的细化剂能实现晶粒有效细化并且显著改善合金性能。目前应用比较成熟的是Al-Ti-B细化剂，但由于”Ti、Si毒化”，不仅对高Si合金细化效果差，而且会使Si变质受影响。采用稀土元素和B元素联合细化的方法不仅对铸造铝锌硅镁合金的晶粒有着明显的细化效果，而且稀土元素的添加会对Sr变质有一定的促进作用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种有效强化铸造铝锌硅镁合金的熔体处理方法，在熔铸过程中，利用稀土La和B形成的化合物对合金的晶粒进行细化并且利用稀土元素增强变质剂的变质效果，达到细化晶粒和改善变质的双重效果，最终提高合金性能。
技术方案：一种强化铸造铝锌硅镁合金的熔体处理方法，以铸造铝锌硅镁合金、Al-10La合金、Al-3B合金、Al-10Sr合金四种原料的质量百分比为1：(0.001-0.015)：(0.003-0.02)：(0.001-0.006)的比例进行配料，然后按照如下步骤进行操作：
步骤1：将配好的原料在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：采用硼和稀土镧同时添加的方法对进行熔体处理，具体是将步骤2获得的熔体温度降至710-730℃后，向熔体中同时添加Al-3B和Al-10La合金并且均匀搅拌，随后在720-740℃中保温20-30分钟；
步骤4：在720-740℃中对熔体进行精炼处理；
步骤5：进行变质处理，具体是在700-710℃下添加预热的Al-10Sr合金到熔体中，随后升温至720-730℃中保温20-30分钟；
步骤6：浇铸试棒。
作为进一步的优化：所述的步骤4中采用无Na精炼剂和旋转喷吹氮气对熔体进行联合精炼处理。
作为进一步的优化：所述的步骤6中浇铸试样的具体操作是：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。
作为进一步的优化：所述的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。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明利用稀土镧和硼同时添加、联合处理的方法细化铸造铝锌硅镁合金的组织，在微量添加La、B元素的情况下，晶粒尺寸得到显著细化并且有效促进了Sr对组织中Si的变质；
(2)本发明中涉及的细化方法简单有效，极大程度提高了铝锌硅镁合金的组织均匀程度，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，尤其是延伸率。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256MPa，延伸率提升到2.6％。
附图说明
图1：变质条件下，未细化G-AlZn10Si8Mg合金的显微组织照片；
图2：变质条件下，细化后G-AlZn10Si8Mg合金的显微组织照片；
图3：变质条件下，未经细化合金与经La、B联合细化的合金共晶Si显微组织照片；
图4：合金组织在偏振光下的晶粒照片。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：变质条件下G-AlZn10Si8Mg合金的细化，具体方法如下：
以G-AlZn10Si8Mg、Al-10La合金、Al-3B合金、Al-10Sr合金四种原料的质量百分比为1：0.012：0.016：0.004的比例配料，进行以下步骤的熔炼：
步骤1：将配好的原料在250℃预热备用；
步骤2：电阻炉空炉升温至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：采用硼和稀土镧同时添加的方法对合金进行细化处理，具体是将步骤2获得的熔体温度降至710℃后，向熔体中同时添加Al-3B和Al-10La合金并且均匀搅拌，随后在720℃保温30分钟；
步骤4：在720℃下对熔体进行精炼处理。采用无Na精炼剂和旋转喷吹氮气联合对熔体进行精炼处理，具体是在710℃下向熔体中加入无Na精炼剂并且搅拌，待反应稳定后，使用旋转喷吹继续处理。
步骤5：变质处理，具体是710℃下添加预热的Al-10Sr合金到熔体中，随后升温至720℃保温30分钟。
步骤6：浇铸试样，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。
在Sr变质的条件下，未细化的合金枝晶呈粗大的树枝状，而经过细化的枝晶呈细小的等轴状并且组织均匀度高，可见于图1和图2的对比，这说明La、B联合细化的方法对G-AlZn10Si8Mg合金的组织细化有显著的效果。具体晶粒在细化前后的对比照片见于图4，其中未细化的合金晶粒尺寸约为1300μm，细化之后合金晶粒尺寸约为150μm，晶粒尺寸显著减小。
与此同时，从图3中进一步放大的组织照片中可以看出，经过La、B联合处理之后，G-AlZn10Si8Mg组织中不仅共晶Si变质良好，等轴枝晶周围的粗大Si相的尺寸变得更加细小均匀，与未细化相比，Si变质的效果得到明显改善。这说明La、B联合细化的方式对合金的Si变质也有一定的促进作用。
实施例2：本实施例与实施例1不同的是备料的过程中，以G-AlZn10Si8Mg、Al-10La合金、Al-3B合金、Al-10Sr合金四种原料的质量百分比为1：0.007：0.01：0.004的比例配料，其余步骤与实施例1中对应步骤均相同。
实施例3：本实施例与实施例1不同的是步骤3中Al-10La和Al-3B合金的联合添加温度调整为730℃，其他均与实施例1相同。
实施例4：本实施例与实施例1不同的是步骤4中添加无Na精炼剂的温度为730℃，其他均与实例1相同。
实施例5：本实例与实例1不同的是步骤5中，Sr的添加温度调整为700℃，其他均与实例1相同。
实施例6：本实例与实例1不同的是步骤5中，添加Sr之后升温至730℃保温30min，其他均与实例1相同。

Claims (4)

1.一种强化铸造铝锌硅镁合金的熔体处理方法，其特征在于：以铸造铝锌硅镁合金、Al-10La合金、Al-3B合金、Al-10Sr合金四种原料的质量百分比为1：(0.001-0.015)：(0.003-0.02)：(0.001-0.006)的比例进行配料，然后按照如下步骤进行操作：
步骤1：将配好的原料在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：采用硼和稀土镧同时添加的方法对进行熔体处理，具体是将步骤2获得的熔体温度降至710-730℃后，向熔体中同时添加Al-3B和Al-10La合金并且均匀搅拌，随后在720-740℃中保温20-30分钟；
步骤4：在720-740℃中对熔体进行精炼处理；
步骤5：进行变质处理，具体是在700-710℃下添加预热的Al-10Sr合金到熔体中，随后升温至720-730℃中保温20-30分钟；
步骤6：浇铸试棒。
2.根据权利要求1所述的强化铸造铝锌硅镁合金的熔体处理方法，其特征在于：所述的步骤4中采用无Na精炼剂和旋转喷吹氮气对熔体进行联合精炼处理。
3.根据权利要求1所述的强化铸造铝锌硅镁合金的熔体处理方法，其特征在于：所述的步骤6中浇铸试样的具体操作是：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。
4.根据权利要求1所述的强化铸造铝锌硅镁合金的熔体处理方法，其特征在于：所述的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。
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