CN110106380B - 利用Mg激发P和Sb交互作用来提高铝合金力学性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用Mg激发P和Sb交互作用来提高铝合金力学性能的方法，该方法通过P和Sb交互作用改善合金中的硅的形貌尺寸，同时通过添加Mg元素激发两种元素交互作用，从而提高合金材料的抗拉强度和屈服强度。

Description

利用Mg激发P和Sb交互作用来提高铝合金力学性能的方法
技术领域
本发明属于铝硅合金领域，涉及铝硅合金中添加复合变质剂等方法，尤其是利用Mg元素激发两种变质剂交互作用从而提高铝硅合金力学性能的方法。
背景技术
铸造铝硅合金具有低密度、低膨胀系数、高耐磨性、高抗腐蚀性、优良的铸造性能等优点。因此，在汽车、航空、航海等领域的使用日益广泛，但在常规的铸造铝硅合金的组织中，存在针状的共晶硅和粗大的形状复杂的初晶硅，对机体产生严重的割裂作用，恶化了合金的性能。因此，要使用这些合金的前提就是要通过技术手段来改变Si相的形貌，使其以有利的形状、较小的尺寸均匀分布在基体中，常规的添加一种元素的处理方法呈现出一些自身难以克服的缺点，添加多种元素处理硅相形貌已经成为研究的热点。
根据hall-petch公式可知材料的屈服强度和材料的晶粒大小成反比，细小的晶粒尺寸可以有效的提高材料的强度，所以寻求一种高效的方法对提高合金力学性能具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于客服现有技术的不足，提供一种添加起交互作用的元素达到提高合金材料力学性能的方法，关键技术：先在铝硅合金熔体中添加铝磷合金，再添加铝锑中间合金，通过添加金属镁的方法来激化两种元素的交互作用，达到P-Sb复合作用的效果，从而提高铝硅合金材料的力学性能。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种利用Mg激发P和Sb交互作用来提高铝合金力学性能的方法，步骤如下：
(1)重熔用铝锭(99.70％)、441工业硅投入熔炼炉中进行熔化，充分搅拌熔化；
(2)在上述熔体中加入铝磷(AlP4)中间合金、铝锑(AlSb10)中间合金后进行充分搅拌；
(3)在上述(2)成分基础上添加金属镁，使金属镁迅速熔化，检测合金化学成分；
(4)启动浇铸系统进行铸锭浇铸，同时取样检测铝合金微观组织；
(5)采用单柱试棒模具浇铸试棒，检测合金力学性能。
而且，步骤(3)加入金属Mg的质量百分含量为0.50％-0.80％。
而且，步骤(2)AlP4中间合金的质量百分含量为0.25％-0.50％。
而且，步骤(2)AlSb10中间合金的质量百分含量为1.5％-2.0％。
而且，金属镁、AlP4中间合金、AlSb10中间合金的质量比例为1.6～2:1:4～6。
选择上述比例是因为：①首先P和Sb发生交互作用；②多余的Mg元素激发两种元素交互作用，在熔体中形成一定比例的Mg3Sb2相；③最终三种元素均作为合金化学元素存在。
铝硅合金材料最终基础组分及含量(质量分数％)为：
Figure BDA0002066524680000021
本发明利用Mg激发P和Sb交互作用来提高铝合金力学性能：
①采用P和Sb交互作用，增加共晶硅异质核心，促进硅相形核，阻碍出生硅相的生长；
②增加Mg元素含量，熔体中形成Mg3Sb2相，形成硅相的异质核心，激化Sb的细化效果，从而细化晶粒；
③激发两种元素交互作用后，合金显微组织中初晶硅消失，α-Al枝晶尺寸极为细小，共晶硅呈点状，使抗拉强度和屈服强度明显提高。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明通过采用两种元素在合金中的交互作用提高合金力学性能，P和Sb交互作用，增加了初晶硅的异质晶核，细化初晶硅，促进共晶硅相形核；
2、本发明通过添加金属Mg后，Mg3Sb2相增多，Mg吸附在表面成为硅相的异质核心，激化Sb在熔体中的作用，从而细化初晶硅，得到较细的硅相尺寸。
附图说明
图1为未添加P和Sb合金金相组织图；
图2为添加P和Sb后合金金相组织图；
图3为添加金属镁后合金金相组织图。
具体实施方式
下面通过具体实施案例对本发明进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
一种利用Mg激发P和Sb交互作用从而提高铝合金力学性能的方法，步骤如下：
(1)分别称取重熔用铝锭(99.70％)25000kg、441工业硅2000kg、铝磷(AlP4)中间合金130kg、铝锑(AlSb10)中间合金540kg、金属镁210Kg；
(2)取上述称量好的重熔用铝锭(99.70％)、441工业硅，投入熔炼炉中进行熔化，熔化温度760-780℃，取样进行成分检测；
(3)加入称量好的精炼剂(总投料的0.1％-0.2％)进行喷粉精炼除渣，喷粉时间控制在20-30min，静置5min，将铝液表面的浮渣捞出；
(4)加入称量好的铝磷(AlP4)中间合金、铝锑(AlSb10)中间合金后进行充分搅拌；
(5)加入称量好的金属镁，充分搅拌后取样进行成分检测，各成分质量百分含量如下：
Figure BDA0002066524680000031
(5)炉内铝液静置10min，调整铝液温度至700±10℃，打开炉组放水装置，开始浇铸，取金相样块进行组织检测，同时浇铸试棒进行力学性能检测。
本发明铝合金材料成分、金相、力学性能优于加入P和Sb前的铝合金：
表1合金力学性能
合金牌号 抗拉强度R<sub>m</sub>(MPa) 屈服强度R<sub>p0.2</sub>(MPa)
未加P和Sb ≥180 ≥140
加入P和Sb ≥210 ≥165
加入金属镁 ≥260 ≥215
实施例2
一种利用Mg激发P和Sb交互作用从而提高铝合金力学性能的方法，步骤如下：
(1)分别称取重熔用铝锭(99.70％)25000kg、441工业硅1800kg、铝磷(AlP4)中间合金100kg、铝锑(AlSb10)中间合金450kg、金属镁150Kg；
(2)取上述称量好的重熔用铝锭(99.70％)、441工业硅，投入熔炼炉中进行熔化，熔化温度760-780℃，取样进行成分检测；
(3)加入称量好的精炼剂(总投料的0.1％-0.2％)进行喷粉精炼除渣，喷粉时间控制在20-30min，静置5min，将铝液表面的浮渣捞出；
(4)加入称量好的铝磷(AlP4)中间合金、铝锑(AlSb10)中间合金后进行充分搅拌；
(5)加入称量好的金属镁，充分搅拌后取样进行成分检测，各成分质量百分含量如下：
Figure BDA0002066524680000032
(5)炉内铝液静置10min，调整铝液温度至700±10℃，打开炉组放水装置，开始浇铸，取金相样块进行组织检测，同时浇铸试棒进行力学性能检测。
本发明铝合金材料成分、金相、力学性能优于加入P和Sb前的铝合金：
表1合金力学性能
合金牌号 抗拉强度R<sub>m</sub>(MPa) 屈服强度R<sub>p0.2</sub>(MPa)
未加P和Sb ≥180 ≥140
加入P和Sb ≥210 ≥160
加入金属镁 ≥265 ≥210
以上所述的仅是本发明的优选实施方案，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种利用Mg激发P和Sb交互作用来提高铝合金力学性能的方法，其特征在于：步骤如下：
（1）分别称取纯度为99.70%重熔用铝锭25000kg、441工业硅1800kg、AlP4中间合金100kg、AlSb10中间合金450kg、金属镁150Kg；
（2）取上述称量好的重熔用铝锭、441工业硅，投入熔炼炉中进行熔化，熔化温度760-780℃，取样进行成分检测；
（3）加入称量好的精炼剂，总投料的0.1%-0.2%，进行喷粉精炼除渣，喷粉时间控制在20-30min，静置5min，将铝液表面的浮渣捞出；
（4）加入称量好的AlP4中间合金、铝锑AlSb10中间合金后进行充分搅拌；
（5）加入称量好的金属镁，充分搅拌后取样进行成分检测，各成分质量百分含量如下：
Si6.5%、Mg0.55%、Cu≤0.20%、Fe≤0.20%、Zn≤0.10%、Mn≤0.10%、P0.014%、Sb0.16%、杂质总和≤0.2%，余量为Al；
（6）炉内铝液静置10min，调整铝液温度至700±10℃，打开炉组放水装置，开始浇铸，取金相样块进行组织检测，同时浇铸试棒进行力学性能检测，抗拉强度Rm≥265MPa、屈服强度Rp0.2≥210MPa；
首先P和Sb发生交互作用；多余的Mg元素激发两种元素交互作用，在熔体中形成一定比例的Mg3Sb2相，形成硅相的异质核心，激化Sb的细化效果，从而细化晶粒，激发两种元素交互作用后，合金显微组织中初晶硅消失，α-Al枝晶尺寸极为细小，共晶硅呈点状，使抗拉强度和屈服强度明显提高。
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