CN110343883A - 一种高强韧的铸造铝硅合金及其废铝再生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强韧的铸造铝硅合金及其废铝再生方法，该方法依次包括以下步骤：配制和熔炼废铝、熔体细化变质处理、炉内喷吹精炼除气除杂处理、铸造成型、固溶处理和人工时效。本发明通过优化设计废铝的配比和对铝合金熔体进行细化变质处理，消除粗大α‑Al树枝晶、针片状共晶Si相和富Fe相对铸造铝硅合金强度和塑性的危害，提高铸造铝硅合金的强度和塑性。本发明以废铝为主要原材料直接再生高强韧的铸造铝硅合金，实现铝、硅、镁、铜等金属资源的循环利用，提高了废铝的使用价值，降低了铸造铝硅合金的生产成本，铸造铝硅合金具有强度高、塑性好以及良好的耐磨和耐热性能。
Description
技术领域
本发明属于铝合金制备技术领域，具体涉及一种高强韧的铸造铝硅合金及其废铝再生方法。
背景技术
铸造铝硅合金是以硅为主要合金元素的铸造铝合金，是目前铸造领域用量最大、品种最多的铸造铝合金，具有良好的铸造性能、机械加工性能和耐磨性能，广泛应用于汽车、摩托车、电子电器、机械装备等领域。随着汽车、摩托车等交通运输工具轻量化的发展，对高强韧铸造铝硅合金的需求日益增长。
目前高强韧铸造铝硅合金主要以纯铝为主要原材料，在熔炼过程中再加入硅、镁、铜、锌、锰、铬、镍等合金元素来制备。众所周知，纯铝是由氧化铝电解得到，而氧化铝的电解属于高能耗行业，需要消耗大量的电力，再加上铝矿资源的开采、氧化铝的生产以及硅、镁、铜、锌、锰、铬、镍等合金元素的生产，导致现有方法生产铸造铝硅合金，需要消耗大量的电力，而我国电力主要是煤电，而煤电生产过程又要排放大量的二氧化碳、粉尘和固体废弃物，造成严重的环境污染。
我国是铝及铝合金生产和消费大国，每年需要消耗大量的铝及铝合金，同时又会源源不断的产生大量的废铝，如各种铝及铝合金产品制造过程中产生的大量料头、边角料、切屑等工艺废料，以及建筑、汽车、摩托车、电子电器、包装等领域报废后回收的铝及铝合金铸件、管材、棒材、型材和板带箔材等。
利用废铝来再生铝合金，实现铝资源的绿色循环利用，不仅可以降低铝合金的生产成本，还可以减少铝矿资源和煤碳资源的消耗，减少二氧化碳、粉尘和固体废弃物的排放。但目前我国大部分的废铝主要用于再生一些低附加值的五金制品用铸造铝合金，废铝中含有的硅、镁、铜、锌、锰、铬、镍等宝贵金属元素并没有得到有效利用，造成许多宝贵金属元素的巨大浪费。因此，利用废铝来直接再生高附加值的高性能铸造铝合金，对于提高废铝的使用价值、降低铸造铝合金的生产成本、节约宝贵的金属资源都具有十分重要的意义。
发明内容
针对上述存在问题和不足，本发明的目的在于提供一种高强韧的铸造铝硅合金及其废铝再生方法，以废铝为主要原材料，通过优化设计废铝的组成和细化变质处理，直接再生高强韧的铸造铝硅合金，提高废铝的使用价值，降低铸造铝硅合金的生产成本，节约宝贵的金属资源。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种高强韧铸造铝硅合金的废铝再生方法，所述方法包括以下步骤：
(1)选取铝硅合金废料、铝镁合金废料、铝铜合金废料、铝锌合金废料、铝锰合金废料、铝钛碳合金、铝锶合金和铝硼合金作为原材料，将铝硅合金废料、铝镁合金废料、铝铜合金废料、铝锌合金废料和铝锰合金废料在750～760℃加热熔化成铝合金液；
(2)在铝合金液中加入铝钛碳合金、铝锶合金和铝硼合金进行细化变质处理；
(3)用惰性气体和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理，扒渣后再静置一段时间；
(4)将除气除杂处理后的铝合金液在710～720℃条件下铸造成铝硅合金；
(5)将铸造铝硅合金在505～515℃加热3～4小时后淬水，进行固溶处理；
(6)将固溶处理后的铸造铝硅合金后在115～125℃加热1～2小时，然后继续升温至155～165℃加热2～3小时进行时效处理，随炉冷却后得到高强韧铸造铝硅合金；
优选地，所述原材料中各成分的质量百分比为：59～61％的铝硅合金废料，19～21％的铝镁合金废料，11～13％的铝铜合金废料，4～6％的铝锌合金废料、2～4％的铝锰合金废料、0.2～0.4％的铝钛碳合金、0.1～0.2％的铝锶合金和0.1～0.2％的铝硼合金；
优选地，所述铝硅合金废料的化学成分及质量百分比为：Si 11.0～12.0％，Cu0.1～0.5％，Ni 0.1～0.5％，Fe≤0.6％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％。所述铝硅合金废料是指以硅为主要合金元素的铝合金废料，这类废料来源广泛，包括各种铝硅合金零部件生产过程产生的料头、料柄、溢料、切屑等，以及报废后回收的各种铝硅合金零部件等；
优选地，所述铝镁合金废料的化学成分及质量百分比为：Mg2.0～3.0％，Cr 0.1～0.3％，Fe≤0.4％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。所述铝镁合金废料是指以镁为主要合金元素的铝合金废料，这类废铝来源广泛，包括铝镁合金生产制造过程中产生的料头、边角料、屑料等，以及报废后回收的铝镁合金型材、管材、棒材和板材等；
优选地，所述铝铜合金废料的化学成分及质量百分比为：Cu 1.5～2.5％，Mg 0.5～1.0％，Mn 0.4～1.0％，Fe≤0.7％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。所述铝铜合金废料是指以铜为主要合金元素的铝合金废铝，这类废铝来源广泛，包括铝铜合金产品生产制造过程中产生料头、边角料、切屑等，以及报废后回收的铝铜合金型材、管材、棒材和板材等；
优选地，所述铝锌合金废料的化学成分及质量百分比为：Zn 3.0～4.5％，Mg 0.5～1.5％，Fe≤0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。所述铝锌合金废料是以锌为主要合金元素的铝合金废铝，这类废铝同样来源广泛，包括铝锌合金产品生产制造过程中产生料头、边角料、切屑等，以及报废后回收的铝锌合金型材、管材、棒材和板材等；
优选地，所述铝锰合金废料的化学成分及质量百分比为：Mn 1.0～1.5％，Cu 0.05～0.15％，Fe≤0.7％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。所述铝锰合金废料是以锰为主要合金元素的铝合金废铝，这类废铝同样来源广泛，包括铝锰合金产品生产制造过程中产生料头、边角料、切屑等，以及报废后回收的铝锰合金型材、管材、棒材和板材等；
优选地，所述铝钛碳合金是AlTi5C1合金，其化学成分及质量百分比为：Ti 4.8～5.2％，C 0.8～1.2％，Fe≤0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
优选地，所述铝锶合金是AlSr25合金，其化学成分及质量百分比为：Sr 24.5～25.5％，Fe≤0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
优选地，所述铝硼合金是AlB5合金，其化学成分及质量百分比为：B 4.8～5.2％，Fe≤0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％，AlB5合金的加入了占原材料总重量的0.1～0.2％；
上述步骤(1)中，在对废铝料进行加热熔化成铝合金液时，为了提高铝合金液成分的均匀性，防止合金元素产生偏析，需要铝合金液的充分搅拌，优选的，应该选用炉底带有永磁搅拌的熔铝炉进行加热熔炼，这是本领域铝合金熔铸领域技术人员公知的常识，在此不再赘述；
上述步骤(2)中，加入铝钛碳合金的目的是细化α-A晶粒，改善铸造流动性和组织均匀性，提高强度和塑性。加入铝锶合金的目的是细化变质粗大的针片状共晶Si相，消除其对塑性和韧性的危害，提高铸造铝硅合金的强度。加入铝硼合金的目的是细化变质粗大的针状富铁相，提高铸造铝硅合金的强度、塑性、耐腐蚀性能和耐热性能；
上述步骤(3)中，所述惰性气体是氮气或者氩气，优选的，惰性气体是纯度≥99.99％的氮气或者氩气。采用含钠盐的铝合金精炼剂对铝合金液进行精炼除气除杂，容易引起铸造铝硅合金产生“钠脆”现象，降低铸造铝硅合金的强度和塑性。所述精炼剂是不含NaCl、NaF、Na2CO3等钠盐的铝合金精炼剂，这是铝合金熔铸领域技术人员公知的常识。因此，优选的，采用不含钠盐的铝合金精炼剂对铸造铝硅合金液进行喷吹精炼除气除杂处理，精炼剂的用量占原材料总重量的0.2～0.4％。为了确保喷吹精炼除气除杂的效果，优选的，喷吹精炼的时间为8～12分钟，扒渣后的静置时间为40～50分钟；
上述步骤(4)中，由于本发明的铸造铝硅合金具有很好的铸造流动性和力学性能，可适应各种铸造成形工艺方法，包括砂型铸造、金属型重力铸造、低压铸造等，但也不限于上述这些铸造工艺方法。这些铸造工艺方法是目前工业领域常用的铝硅合金铸造工艺方法，属于铝合金铸造领域技术人员公知常识，在此也不再赘述；
上述步骤(5)中，所述固溶处理是指将铸造铝硅合金加热到某一高温区域恒温保温，使铸造铝硅合金中合金元素和过剩相充分溶解进入铝基体，然后通过淬水等方式快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。发明人通过大量实验研究后发现，将本发明铸造铝硅合金在505～515℃加热3～4小时后淬水，可使合金元素和过剩相充分溶解进入铝基体，得到过饱和固溶体，有利于时效后获得理想的组织性能；
优选地，所述铸造铝硅合金的转移时间不大于5秒钟，淬水的水温为60～70℃；所述淬水是将加热保温后的铸造铝硅合金转移放入水中冷却的过程，为了保证淬水效果。
上述步骤(6)中，所述时效处理是将铸造铝硅合金加热到某一温度区域恒温保温的热处理工艺，是提高铸造铝硅合金力学性能和改善理化性能的重要手段。发明人通过大量实验研究后发现，采用双级时效工艺，即将固溶处理后的铸造铝硅合金后在115～125℃加热1～2小时，然后继续升温至155～165加热2～3小时，然后随炉冷却，可获得抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥310MPa，断后伸长率≥12％的高强韧铸造铝硅合金。
本发明进一步提供了由上述方法制备得到的高强韧铸造铝硅合金，所述高强韧铸造铝硅合金由以下质量百分比的成分组成：Si 6.49～7.32％，Mg 0.46～0.84％，Cu 0.23～0.64％，Zn 0.12～0.27％，Mn 0.06～0.19％，Cr 0.02～0.06％，Ni 0.06～0.31％，Sr0.02～0.05％，Ti 0.01～0.02％，C 0.002～0.005％，B 0.005～0.01％，Fe≤0.6％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％。
其中，Si是铸造铝硅合金的主要合金元素，Si与Al可形成Al+Si共晶液相，提高合金的铸造流动性。Si还能与Mg可形成Mg2Si强化相，增强铸造铝硅合金的强度。另外，当共晶Si相呈细小均匀的颗粒状或短纤维状弥散分布在α-Al基体上，还能提高铸造铝硅合金的强度、耐热性能和机械加工性能。
Mg在铸造铝硅合金中既有固溶强化作用，还能与Si形成Mg2Si强化相，进一步增强铸造铝硅合金的强度。Mg含量越高，铝硅合金的强度也越高，但Mg含量太高也会引起塑性下降。
Cu在铸造铝硅合金中能与Al形成CuAl2强化相，增强铝合金的强度。Cu含量越高，铸造铝硅合金的强度也越高，但也会增大铸造铝硅合金的热裂倾向，并降低铸造铝硅合金的抗腐蚀性能。
Zn在铸造铝硅合金中同样可以形成Al+Zn共晶液相，改善合金的铸造流动性，减小热裂倾向。另外，Zn与Mg还可形成MgZn2强化相，增强铸造铝硅合金的强度。但Zn含量过高也会降低铸造铝硅合金的塑性。
Mn、Cr、Ni都属于过渡族元素，Mn、Cr、Ni都可以直接固溶进铝基体，增大铝原子间的结合力，减慢铝原子的扩散过程和固溶体的分解速度，提高铸造铝硅合金的热稳定性。Mn、Cr、Ni还能与Al形成MnAl6、CrAl7、MnCrAl12、Al6Cu3Ni、Al9FeNi等多种弥散强化相并分布在铝基体和晶界上，阻碍晶界、亚晶界的迁移和位错运动，增大铝基体内位错运动的阻力，阻碍高温下晶界的流变，提高铸造铝硅合金的强度和耐热性能。
Sr的作用是细化变质共晶Si相。Si除了形成Mg2Si强化相外，大部分的Si是以共晶Si形式存在铸造铝硅合金中，当这些共晶Si呈通常呈粗大针片状，会严重割裂铝基体，降低铸造铝硅合金的强度，特别是塑性和韧性。通过加入铝锶中间合金引入元素Sr，对共晶Si相具有显著的细化变质作用，可使粗大针片状共晶Si转变为细小均匀的颗粒状或短纤维状并弥散分布在铝基体上，消除其对塑性和韧性的危害，提高铸造铝硅合金的强度。
Ti和C是以铝钛碳合金的形式加入到铸造铝硅合金液中，主要作用是细化晶粒，改善铸造流动性和组织均匀性，提高强度和塑性。传统AlTiB合金虽然是非常有效的铝合金晶粒细化剂，但在含有Mn、Cr的铸造铝硅合金中，其晶粒细化效果会被Mn、Cr“毒化”而失去晶粒细化效果。发明人通过大量的实验研究后发现，AlTi5C1合金晶粒细化剂对Mn、Cr的“毒化”有免疫作用，可明显细化铸造铝硅合金的晶粒组织，改善铸造流动性和组织均匀性，提高强度和塑性。
B的作用主要是细化变质粗大针状富铁相。由于废铝中通常含有较多的杂质元素Fe，Fe在铸造铝硅合金中通常以粗大针状FeAl3、FeSiAl3等粗大针状β-Fe富铁相形式存在于铝合金中，这些粗大针状β-Fe富铁相为硬脆相，会严重割裂铝基体，成为铸造铝硅合金断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，危害铸造铝硅合金的强度和塑性。另外，这些针状β-Fe富铁相还会与铝基体形成微电偶腐蚀，降低铝合金的耐腐蚀性能。发明人对这个问题进行大量实验探索研究后发现，添加微量的B元素，在合金凝固过程中可吸附在FeAl3、FeSiAl3等富铁相的生长前沿，抑制β-Fe富铁相的按针状生长，最终可使粗大针状β-Fe富铁相转变为细小均匀的颗粒状α-Fe富铁相，并弥散分布在铝基体内部，消除粗大针状β-Fe富铁相对铸造铝硅合金强度、塑性和耐腐蚀性能的危害，提高铸造铝硅合金的强度、塑性和耐腐蚀性能。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明以废铝为主要原材料，通过优化设计废铝的组成，添加少量铝钛碳、铝锶和铝硼合金进行细化变质处理，直接再生高附加值的高强韧铸造铝硅合金，既没有使用纯铝，也没有额外添加硅、镁、铜、锌、锰、铬、镍等金属元素，既提高了废铝的使用价值，又降低了铸造铝硅合金的生产成本，同时还节约了大量宝贵的金属资源；
(2)本发明充分利用废铝中含有的硅、镁、铜、锌、锰、铬、镍等大量金属元素，通过科学优化设计废铝的组成，再添加少量的铝钛碳、铝锶和铝硼合金进行细化变质处理，使元素之间相互配合产生固溶强化、析出强化和弥散相强化，消除粗大针片状共晶硅相和富铁相对铝合金强度、塑性和耐腐蚀性能的危害，显著提高了铸造铝硅合金强度、塑性、抗腐蚀性能和耐热性能；
(3)本发明铸造铝硅合金的抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥310MPa，断后伸长率≥12％，具有较高的强度和优异的塑性。适合于铸造成形各种铝合金零部件，如汽车、摩托车、机械装备用铝合金零部件，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1铸造铝硅合金的显微组织图。
图2为实施例2铸造铝硅合金的显微组织图。
图3为实施例3铸造铝硅合金的显微组织图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明实施例的一部分，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作出创造性劳动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
一种高强韧铸造铝硅合金的废铝再生方法，所述方法包括如下步骤：
(1)选取如下质量百分比的原料：61％的铝硅合金废料，21％的铝镁合金废料，11％的铝铜合金废料，4.4％的铝锌合金废料、2％的铝锰合金废料、0.3％的铝钛碳合金、0.15％的铝锶合金和0.15％的铝硼合金；
其中铝硅合金废料的化学成分及质量百分比为：Si 11.8％，Cu 0.4％，Ni 0.3％，Fe 0.58％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％；
铝镁合金废料的化学成分及质量百分比为：Mg 2.1％，Cr 0.2％，Fe 0.26％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝铜合金废料的化学成分及质量百分比为：Cu 1.6％，Mg 0.9％，Mn 0.4％，Fe0.67％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锌合金废料的化学成分及质量百分比为：Zn 3.0％，Mg 0.7％，Fe 0.15％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锰合金废料的化学成分及质量百分比为：Mn 1.0％，Cu 0.06％，Fe 0.34％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝钛碳合金的化学成分及质量百分比为：Ti 4.9％，C 1.1％，Fe 0.14％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 24.8％，Fe 0.11％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝硼合金的化学成分及质量百分比为：B 5.1％，Fe 0.15％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
将上述铝硅合金废料、铝镁合金废料、铝铜合金废料、铝锌合金废料和铝锰合金废料在755℃加热熔化成铝合金液；
(2)在铝合金液中加入铝钛碳合金、铝锶合金和铝硼合金进行细化变质处理；
(3)用纯度99.99％的氩气和占原材料总重量0.2％的无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼8分钟进行除气除杂处理，扒渣后再静置50分钟；
(4)将除气除杂处理后的铝合金液在710℃条件下用金属模重力铸造成铝硅合金；
(5)将铸造铝硅合金在505℃加热4小时后淬水进行固溶处理，淬水的水温为65℃；
(6)将固溶处理后的铸造铝硅合金后在125℃加热1小时，然后继续升温至165℃加热2小时进行时效处理，随炉冷却后得到高强韧铸造铝硅合金；
所述高强韧铸造铝硅合金的成分组成如下：Si 7.2％，Mg 0.57％，Cu 0.42％，Zn0.13％，Mn 0.06％，Cr 0.04％，Ni 0.018％，Sr 0.04％，Ti 0.01％，C 0.003％，B 0.01％，Fe 0.496％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％。
实施例2
一种高强韧铸造铝硅合金的废铝再生方法，所述方法包括如下步骤：
(1)选取如下质量百分比的原料：59％的铝硅合金废料，21％的铝镁合金废料，11.6％的铝铜合金废料，6％的铝锌合金废料、2％的铝锰合金废料、0.2％的铝钛碳合金、0.1％的铝锶合金和0.1％的铝硼合金；
其中铝硅合金废料的化学成分及质量百分比为：Si 11.0％，Cu 0.3％，Ni 0.1％，Fe 0.44％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％；
铝镁合金废料的化学成分及质量百分比为：Mg 3.0％，Cr 0.3％，Fe 0.34％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝铜合金废料的化学成分及质量百分比为：Cu 1.8％，Mg 1.0％，Mn 0.7％，Fe0.57％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锌合金废料的化学成分及质量百分比为：Zn 4.5％，Mg 1.5％，Fe 0.19％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锰合金废料的化学成分及质量百分比为：Mn 1.2％，Cu 0.09％，Fe 0.24％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝钛碳合金的化学成分及质量百分比为：Ti 4.8％，C 0.8％，Fe 0.12％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 24.5％，Fe 0.11％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝硼合金的化学成分及质量百分比为：B 4.8％，Fe 0.13％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％
将上述铝硅合金废料、铝镁合金废料、铝铜合金废料、铝锌合金废料和铝锰合金废料在750℃加热熔化成铝合金液；
(2)在铝合金液中加入铝钛碳合金、铝锶合金和铝硼合金进行细化变质处理；
(3)用纯度99.99％的氮气和占原材料总重量0.4％的无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼12分钟进行除气除杂处理，扒渣后再静置40分钟；
(4)将除气除杂处理后的铝合金液在720℃条件下用金属模重力铸造成铝硅合金；
(5)将铸造铝硅合金在505℃加热4小时后淬水进行固溶处理，淬水的水温为70℃；
(6)将固溶处理后的铸造铝硅合金后在115℃加热2小时，然后继续升温至165℃加热2小时进行时效处理，随炉冷却后得到高强韧铸造铝硅合金；
所述高强韧铸造铝硅合金成分组成如下：Si 6.49％，Mg 0.84％，Cu 0.39％，Zn0.27％，Mn 0.11％，Cr 0.06％，Ni 0.06％，Sr 0.02％，Ti 0.01％，C 0.002％，B 0.005％，Fe 0.414％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％。
实施例3
一种高强韧铸造铝硅合金的废铝再生方法，所述方法包括如下步骤：
(1)选取如下质量百分比的原料：59％的铝硅合金废料，21％的铝镁合金废料，11％的铝铜合金废料，6％的铝锌合金废料、2.2％的铝锰合金废料、0.4％的铝钛碳合金、0.2％的铝锶合金和0.2％的铝硼合金；
其中铝硅合金废料的化学成分及质量百分比为：Si 11.4％，Cu0.1％，Ni 0.3％，Fe 0.59％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％；
铝镁合金废料的化学成分及质量百分比为：Mg 2.6％，Cr 0.2％，Fe 0.38％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝铜合金废料的化学成分及质量百分比为：Cu 1.5％，Mg 0.7％，Mn 0.4％，Fe0.7％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锌合金废料的化学成分及质量百分比为：Zn 3.9％，Mg 1.2％，Fe 0.18％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锰合金废料的化学成分及质量百分比为：Mn 1.0％，Cu 0.05％，Fe 0.67％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝钛碳合金的化学成分及质量百分比为：Ti 5.0％，C 1.0％，Fe 0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 25.0％，Fe 0.19％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝硼合金的化学成分及质量百分比为：B 5.0％，Fe 0.18％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
将上述铝硅合金废料、铝镁合金废料、铝铜合金废料、铝锌合金废料和铝锰合金废料在760℃加热熔化成铝合金液；
(2)在铝合金液中加入铝钛碳合金、铝锶合金和铝硼合金进行细化变质处理；
(3)用纯度99.99％的氩气和占原材料总重量0.2％的无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼8分钟进行除气除杂处理，扒渣后再静置50分钟；
(4)将除气除杂处理后的铝合金液在710℃条件下用金属模重力铸造成铝硅合金；
(5)将铸造铝硅合金在515℃加热3小时后淬水进行固溶处理，淬水的水温为60℃；
(6)将固溶处理后的铸造铝硅合金后在125℃加热1小时，然后继续升温至155℃加热3小时进行时效处理，随炉冷却后得到高强韧铸造铝硅合金；
所述高强韧铸造铝硅合金的成分组成如下：Si 6.73％，Mg 0.7％，Cu 0.23％，Zn0.23％，Mn 0.07％，Cr 0.04％，Ni 0.18％，Sr 0.05％，Ti 0.02％，C 0.004％，B 0.01％，Fe 0.532％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％；
实施例4
一种高强韧铸造铝硅合金的废铝再生方法，所述方法包括如下步骤：
(1)选取如下质量百分比的原料：61％的铝硅合金废料，19％的铝镁合金废料，13％的铝铜合金废料，6％的铝锌合金废料、4％的铝锰合金废料、0.4％的铝钛碳合金、0.2％的铝锶合金和0.2％的铝硼合金；
其中铝硅合金废料的化学成分及质量百分比为：Si 12.0％，Cu 0.5％，Ni 0.5％，Fe 0.6％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％；
铝镁合金废料的化学成分及质量百分比为：Mg 2.4％，Cr 0.1％，Fe 0.4％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝铜合金废料的化学成分及质量百分比为：Cu 2.5％，Mg 0.6％，Mn 1.0％，Fe0.7％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锌合金废料的化学成分及质量百分比为：Zn 4.5％，Mg 0.8％，Fe 0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锰合金废料的化学成分及质量百分比为：Mn 1.5％，Cu 0.15％，Fe 0.7％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝钛碳合金的化学成分及质量百分比为：Ti 5.2％，C 1.2％，Fe 0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 25.5％，Fe 0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝硼合金的化学成分及质量百分比为：B 5.2％，Fe 0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
将上述铝硅合金废料、铝镁合金废料、铝铜合金废料、铝锌合金废料和铝锰合金废料在755℃加热熔化成铝合金液；
(2)在铝合金液中加入铝钛碳合金、铝锶合金和铝硼合金进行细化变质处理；
(3)用纯度99.99％的氩气和占原材料总重量0.3％的无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼10分钟进行除气除杂处理，扒渣后再静置45分钟；
(4)将除气除杂处理后的铝合金液在715℃条件下用金属模重力铸造成铝硅合金；
(5)将铸造铝硅合金在510℃加热3.5小时后淬水进行固溶处理，淬水的水温为65℃；
(6)将固溶处理后的铸造铝硅合金后在120℃加热1.5小时，然后继续升温至160℃加热2.5小时进行时效处理，随炉冷却后得到高强韧铸造铝硅合金；
所述高强韧铸造铝硅合金的成分组成如下：Si 7.32％，Mg 0.58％，Cu 0.64％，Zn0.27％，Mn 0.19％，Cr 0.02％，Ni 0.31％，Sr 0.05％，Ti 0.02％，C 0.005％，B 0.01％，Fe 0.575％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％；
实施例5
一种高强韧铸造铝硅合金的废铝再生方法，所述方法包括如下步骤：
(1)选取如下质量百分比的原料：61％的铝硅合金废料，19％的铝镁合金废料，11.2％的铝铜合金废料，4％的铝锌合金废料、4％的铝锰合金废料、0.4％的铝钛碳合金、0.2％的铝锶合金和0.2％的铝硼合金；
其中铝硅合金废料的化学成分及质量百分比为：Si 12.0％，Cu 0.4％，Ni 0.5％，Fe 0.36％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％；
铝镁合金废料的化学成分及质量百分比为：Mg 2.0％，Cr 0.1％，Fe 0.24％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝铜合金废料的化学成分及质量百分比为：Cu 2.5％，Mg 0.5％，Mn 1.0％，Fe0.27％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锌合金废料的化学成分及质量百分比为：Zn 3.0％，Mg 0.5％，Fe 0.12％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锰合金废料的化学成分及质量百分比为：Mn 1.0％，Cu 0.15％，Fe 0.17％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝钛碳合金的化学成分及质量百分比为：Ti 5.0％，C 1.0％，Fe 0.12％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 25.0％，Fe 0.12％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝硼合金的化学成分及质量百分比为：B 5.0％，Fe 0.11％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
将上述铝硅合金废料、铝镁合金废料、铝铜合金废料、铝锌合金废料和铝锰合金废料在760℃加热熔化成铝合金液；
(2)在铝合金液中加入铝钛碳合金、铝锶合金和铝硼合金进行细化变质处理；
(3)用纯度99.99％的氮气和占原材料总重量0.3％的无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼11分钟进行除气除杂处理，扒渣后再静置45分钟；
(4)将除气除杂处理后的铝合金液在715℃条件下用金属模重力铸造成铝硅合金；
(5)将铸造铝硅合金在515℃加热3小时后淬水进行固溶处理，淬水的水温为60℃；
(6)将固溶处理后的铸造铝硅合金后在125℃加热1小时，然后继续升温至165℃加热2小时进行时效处理，随炉冷却后得到高强韧铸造铝硅合金；
所述高强韧铸造铝硅合金的成分组成如下：Si 7.32％，Mg 0.46％，Cu 0.53％，Zn0.12％，Mn 0.15％，Cr 0.02％，Ni 0.31％，Sr 0.05％，Ti 0.02％，C 0.004％，B 0.01％，Fe 0.308％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％；
实施例6
一种高强韧铸造铝硅合金的废铝再生方法，所述方法包括如下步骤：
(1)选取如下质量百分比的原料：59.8％的铝硅合金废料，19.9％的铝镁合金废料，11.7％的铝铜合金废料，5％的铝锌合金废料、3％的铝锰合金废料、0.3％的铝钛碳合金、0.1％的铝锶合金和0.2％的铝硼合金；
其中铝硅合金废料的化学成分及质量百分比为：Si 11.2％，Cu 0.1％，Ni 0.4％，Fe 0.44％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％；
铝镁合金废料的化学成分及质量百分比为：Mg 2.1％，Cr 0.12％，Fe 0.25％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝铜合金废料的化学成分及质量百分比为：Cu 2.4％，Mg 0.5％，Mn 1.0％，Fe0.51％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锌合金废料的化学成分及质量百分比为：Zn 4.4％，Mg 1.2％，Fe 0.14％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锰合金废料的化学成分及质量百分比为：Mn 1.4％，Cu 0.06％，Fe 0.55％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝钛碳合金的化学成分及质量百分比为：Ti 5.1％，C 0.9％，Fe 0.14％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 25.3％，Fe 0.17％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
铝硼合金的化学成分及质量百分比为：B 4.8％，Fe 0.13％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；
将上述铝硅合金废料、铝镁合金废料、铝铜合金废料、铝锌合金废料和铝锰合金废料在755℃加热熔化成铝合金液；
(2)在铝合金液中加入铝钛碳合金、铝锶合金和铝硼合金进行细化变质处理；
(3)用纯度99.99％的氩气和占原材料总重量0.4％的无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼9分钟进行除气除杂处理，扒渣后再静置40分钟；
(4)将除气除杂处理后的铝合金液在720℃条件下用金属模重力铸造成铝硅合金；
(5)将铸造铝硅合金在505℃加热3小时后淬水进行固溶处理，淬水的水温为70℃；
(6)将固溶处理后的铸造铝硅合金后在125℃加热2小时，然后继续升温至155℃加热2小时进行时效处理，随炉冷却后得到高强韧铸造铝硅合金；
所述高强韧铸造铝硅合金的成分组成如下：Si 6.7％，Mg 0.54％，Cu 0.34％，Zn0.22％，Mn 0.16％，Cr 0.02％，Ni 0.24％，Sr 0.03％，Ti 0.02％，C 0.003％，B 0.01％，Fe 0.397％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％。
验证例
将实施例1-6制备的铸造铝硅合金在ARL-4600型光电直读光谱仪上进行化学成分分析，分析结果如表1所示。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| Si | 7.20 | 6.49 | 6.73 | 7.32 | 7.32 | 6.70 |
| Mg | 0.57 | 0.84 | 0.70 | 0.58 | 0.46 | 0.54 |
| Cu | 0.42 | 0.39 | 0.23 | 0.64 | 0.53 | 0.34 |
| Zn | 0.13 | 0.27 | 0.23 | 0.27 | 0.12 | 0.22 |
| Mn | 0.06 | 0.11 | 0.07 | 0.19 | 0.15 | 0.16 |
| Cr | 0.04 | 0.06 | 0.04 | 0.02 | 0.02 | 0.02 |
| Ni | 0.18 | 0.06 | 0.18 | 0.31 | 0.31 | 0.24 |
| Sr | 0.04 | 0.02 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.03 |
| Ti | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 |
| C | 0.003 | 0.002 | 0.004 | 0.005 | 0.004 | 0.003 |
| B | 0.010 | 0.005 | 0.010 | 0.010 | 0.010 | 0.010 |
| Fe | 0.496 | 0.414 | 0.532 | 0.575 | 0.575 | 0.397 |
| Al | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 |
按国家标准GB/T16865-2013《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》，将实施例1-6制备的铸造铝硅合金加工成标准拉伸试样，在DNS200型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速度为2mm/min，检测铸造铝硅合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率，检测结果如表2所示。
表2实施例1-6铸造铝硅合金的室温拉伸力学性能
| 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 断后伸长率/％ | |
| 实施例1 | 351.9 | 314.8 | 15.9 |
| 实施例2 | 364.8 | 321.6 | 13.3 |
| 实施例3 | 359.4 | 316.1 | 15.1 |
| 实施例4 | 372.3 | 332.3 | 12.5 |
| 实施例5 | 368.1 | 326.9 | 12.9 |
| 实施例6 | 355.6 | 314.4 | 14.6 |
从表2可看到，本发明制备的铸造铝硅合金的抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥310MPa，断后伸长率≥12％，说明本发明制备的铸造铝硅合金具有较高的强度和塑性。
在实施例1-3制备的铸造铝硅合金上分别取样，试样经磨制、抛光和腐蚀后，在LEICA-DMI3000M型光学显微镜上进行组织观察，显微组织如图1-3所示。
从图1-3可看到，本发明通过细化变质处理，铸造铝硅合金的内部未见有粗大的α-Al树枝晶和粗大针片状的共晶Si相和富Fe相。
以上具体实施方式部分对本发明所涉及的分析方法进行了具体的介绍。应当注意的是，上述介绍仅是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明的方法及思路，而不是对相关内容的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域技术人员还可以对本发明进行适当的调整或修改，上述调整和修改也应当属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强韧铸造铝硅合金的废铝再生方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
(1)选取铝硅合金废料、铝镁合金废料、铝铜合金废料、铝锌合金废料、铝锰合金废料、铝钛碳合金、铝锶合金和铝硼合金作为原材料，将铝硅合金废料、铝镁合金废料、铝铜合金废料、铝锌合金废料和铝锰合金废料在750～760℃加热熔化成铝合金液；
(2)在铝合金液中加入铝钛碳合金、铝锶合金和铝硼合金进行细化变质处理；
(3)用惰性气体和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理，扒渣后再静置一段时间；
(4)将除气除杂处理后的铝合金液在710～720℃条件下铸造成铝硅合金；
(5)将铸造铝硅合金在505～515℃加热3～4小时后淬水，进行固溶处理；
(6)将固溶处理后的铸造铝硅合金后在115～125℃加热1～2小时，然后继续升温至155～165℃加热2～3小时进行时效处理，随炉冷却后得到高强韧铸造铝硅合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)原材料中各成分的质量百分比为：59～61％的铝硅合金废料，19～21％的铝镁合金废料，11～13％的铝铜合金废料，4～6％的铝锌合金废料、2～4％的铝锰合金废料、0.2～0.4％的铝钛碳合金、0.1～0.2％的铝锶合金和0.1～0.2％的铝硼合金。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝硅合金废料的化学成分及质量百分比为：Si11.0～12.0％，Cu0.1～0.5％，Ni0.1～0.5％，Fe≤0.6％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝镁合金废料的化学成分及质量百分比为：Mg2.0～3.0％，Cr0.1～0.3％，Fe≤0.4％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝铜合金废料的化学成分及质量百分比为：Cu1.5～2.5％，Mg0.5～1.0％，Mn0.4～1.0％，Fe≤0.7％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝锌合金废料的化学成分及质量百分比为：Zn3.0～4.5％，Mg0.5～1.5％，Fe≤0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝锰合金废料的化学成分及质量百分比为：Mn1.0～1.5％，Cu0.05～0.15％，Fe≤0.7％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝钛碳合金是AlTi5C1合金，其化学成分及质量百分比为：Ti4.8～5.2％，C0.8～1.2％，Fe≤0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铝锶合金是AlSr25合金，其化学成分及质量百分比为：Sr24.5～25.5％，Fe≤0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；所述铝硼合金是AlB5合金，其化学成分及质量百分比为：B4.8～5.2％，Fe≤0.2％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.05％，总量≤0.15％，AlB5合金的加入了占原材料总重量的0.1～0.2％。
10.根据权利要求1-9任一项所述方法制备得到的高强韧铸造铝硅合金，其特征在于，所述高强韧铸造铝硅合金由以下质量百分比的成分组成：Si6.49～7.32％，Mg0.46～0.84％，Cu0.23～0.64％，Zn0.12～0.27％，Mn0.06～0.19％，Cr0.02～0.06％，Ni0.06～0.31％，Sr0.02～0.05％，Ti0.01～0.02％，C0.002～0.005％，B0.005～0.01％，Fe≤0.6％，余量为Al和其它杂质元素，其它杂质元素单个含量≤0.1％，总量≤0.5％。
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