CN110438375B

CN110438375B - 一种用于过共晶铝硅铜合金的变质剂及其制备方法

Info

Publication number: CN110438375B
Application number: CN201910766575.7A
Authority: CN
Inventors: 胡志; 何仁华; 闫洪; 聂俏
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2039-08-20
Also published as: CN110438375A

Abstract

一种用于过共晶铝硅铜合金的变质剂，元素按质量百分比：Yb₂S₃为0.1~10%、余量为Al；将刚玉坩埚内的纯铝熔化后，在730~750℃温度加入Yb₂S₃后保温5~8分钟；Yb₂S₃的加入量为变质剂总质量的0.1~10%；用石墨棒搅拌3~5分钟，当炉温降至700~720℃时，向熔体中通氩气进行精炼，保温5~20分钟；除去表面浮渣，将金属液浇注到金属模具中凝固。本发明变质剂能够有效的细化过共晶铝硅铜合金内的小块状的初晶硅，变质后的合金内无初晶硅存在，从而极大的提高过共晶铝硅铜合金的力学性能和铸造性能。

Description

一种用于过共晶铝硅铜合金的变质剂及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及熔炼合金变质处理用的变质剂。

背景技术

过共晶铝硅铜合金铝合金的铸造性能优良，无热裂及疏松倾向，气密性较高。广泛应用于汽车变速箱、发动机壳体、气阀等。但由于过共晶铝硅铜合金铝合金内的硅相呈粗大针状和块状，导致该合金仍存在强度低和塑性较差（室温伸长率仅为1~2%）、切削加工性能也表现一般的问题。尤其是过共晶铝硅铜合金内的分布均匀的小块初晶硅，极大的割裂了基体，降低了合金的力学性能和铸造性能。

铝硅合金的变质现象是1920年法国A.PACZ发现的，向共晶成分铝硅合金熔体中加入少量的Na，可以使合金中的硅相得到细化。正是这一发现使得工业上原本无法使用的铝硅共晶合金（组织粗大，力学性能低）一跃成为了可广泛使用的良好的铸造合金。但是Na熔点低，易蒸发氧化，导致变质过早衰退。Na的密度小，易浮在合金液体的表面上，导致上部过变质，而下部变质不足。基于这些缺点，人们寻找到了Na的替代物—钠盐。钠盐虽然没有单质Na这么大的缺点，但是钠盐变质剂易吸潮，不好保管，还不容易控制加钠量，变质剂效果持续时间短，铸件易生成气孔。后来发现锶也有相同的作用，而且有效时间长，称为长效变质剂。锶也不好保管，加纯锶有难度，所以人们配成Al-Sr中间合金，易保管，加入量也容易控制，有效期可长达6~8h。现在，在细化亚共晶或者共晶铝硅合金中使用最广泛的变质剂是Al-Sr中间合金。但人们发现锶变质有以下俩个缺点，其一它存在很长的变质潜伏期，其二锶变质易使合金熔体吸气，增加铸件的针孔，破坏铸件的力学性能。现阶段，人们发现细化效果最好的是稀土变质剂，但稀土变质剂的成本太过于高昂，不利于人们大规模使用。

1933年，Sterner-Rainer发现磷（赤磷）可作为过共晶铝硅合金的变质剂细化初生硅并且申请了专利。但是磷变质剂的使用存在如下问题：(1)赤磷燃点为240℃运输和保存过程中存在安全隐患；加入过程中，反应剧烈，产生有毒的P2O5气体，环境污染严重，工人健康受到侵害，磷的吸收率低，且难以控制。(2)采用磷变质剂时易产生大量反应渣，腐蚀炉衬，增加铝耗。现在应用最广泛的细化初晶硅的变质剂是Al-P中间合金，该变质剂无反应渣，对炉衬、坩埚和工具无任何腐蚀作用，不仅提高坩埚的使用寿命，而且降低了产品的综合成本。Al-P中间合金的熔化温度与Al-Si合金相近，加入后立即熔化，克服了Cu-P中间合金难熔化的弊端。但是大部分常用的细化共晶硅的变质剂(如：钠、锶、碲等)会与含磷变质剂发生反应，两者会相互恶化细化效果，严重时甚至消除变质效果。

在公开专利号为CN103469026A，名称为“一种稀土元素镱合金化铝硅合金及制备方法”将铝镱中间合金在超声的辅助作用下加入铝硅合金中，得到了变质效果较好的铝硅合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于过共晶铝硅铜合金的新型变质剂及其制备方法，该变质剂能够有效的细化过共晶铝硅铜合金内的小块状的初晶硅，变质后的合金内无初晶硅存在。从而极大的提高过共晶铝硅铜合金的力学性能和铸造性能。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种用于过共晶铝硅铜合金的变质剂，由以下元素按质量百分比组成：Yb₂S₃为0.1~10%、余量为Al。

本发明所述的一种用于过共晶铝硅铜合金的变质剂的制备方法，其特征是将刚玉坩埚内的纯铝熔化后，在730~750℃温度加入Yb₂S₃后保温5~8分钟；Yb₂S₃的加入量为变质剂总质量的0.1~10%；用石墨棒搅拌3~5分钟，当炉温降至700~720℃时，向熔体中通氩气进行精炼，保温5~20分钟；除去表面浮渣，将金属液浇注到金属模具中凝固。

本发明所述的过共晶铝硅铜合金的元素按质量百分比组成为：Si:13~20%，Fe:<1.0%，Cu:1.5~3.5%，Mn<0.5%，Ni<0.5%，Zn<1.0%，Ti<0.3%，Pb<0.1%，Sn<0.2%，余量为Al。

本发明的技术效果是：该变质剂能够有效的细化过共晶铝硅铜合金内的小块状的初晶硅，变质后的合金内无初晶硅存在。从而极大的提高过共晶铝硅铜合金的力学性能和铸造性能。

附图说明

图1为添加实施例5变质剂的条件下变质处理后的过共晶铝硅铜合金铸态50倍的金相组织图片。

图2为添加实施例5变质剂的条件下变质处理后的过共晶铝硅铜合金铸态500倍的金相组织图片。

图3为过共晶铝硅铜合金铸态50倍的金相组织图片。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。

将刚玉坩埚内的纯铝熔化后，在730℃温度加入Yb₂S₃后保温5分钟；Yb₂S₃的加入量为变质剂总质量的0.1%；用石墨棒搅拌3分钟，当炉温降至700℃时，向熔体中通氩气进行精炼，保温10分钟；除去表面浮渣，将金属液浇注到金属模具中凝固。

实施例2。

将刚玉坩埚内的纯铝熔化后，在735℃温度加入Yb₂S₃后保温5分钟；Yb₂S₃的加入量为变质剂总质量的0.5%；用石墨棒搅拌3分钟，当炉温降至705℃时，向熔体中通氩气进行精炼，保温10分钟；除去表面浮渣，将金属液浇注到金属模具中凝固。

实施例3。

将刚玉坩埚内的纯铝熔化后，在740℃温度加入Yb₂S₃后保温5分钟；Yb₂S₃的加入量为变质剂总质量的2%；用石墨棒搅拌3分钟，当炉温降至710℃时，向熔体中通氩气进行精炼，保温10分钟；除去表面浮渣，将金属液浇注到金属模具中凝固。

实施例4。

将刚玉坩埚内的纯铝熔化后，在745℃温度加入Yb₂S₃后保温5分钟；Yb₂S₃的加入量为变质剂总质量的5%；用石墨棒搅拌3分钟，当炉温降至715℃时，向熔体中通氩气进行精炼，保温10分钟；除去表面浮渣，将金属液浇注到金属模具中凝固。

实施例5。

将刚玉坩埚内的纯铝熔化后，在750℃温度加入Yb₂S₃后保温5分钟；Yb₂S₃的加入量为变质剂总质量的8%；用石墨棒搅拌3分钟，当炉温降至720℃时，向熔体中通氩气进行精炼，保温10分钟；除去表面浮渣，将金属液浇注到金属模具中凝固。

实施例中所述的过共晶铝硅铜合金的元素质量百分比组成为：Si:13，Fe:0.8，Cu:1.5，Mn:0.5，Ni:0.5，Zn:1.0，Ti:0.3，Pb:0.1，Sn:0.2，Al余量。

将不添加变质剂和添加适量实施例5变质剂的过共晶铝硅铜合金铸锭依照GB/T228-2002加工成Φ5圆形横截面拉伸试样。经测定，不添加变质剂中拉伸试样的的抗拉强度为163.62MPa,延伸率为2.97%；添加变质剂的拉伸试样抗拉强度为278.15Mpa，延伸率为10.395%。由此可见，变质剂的加入可以明显提高铝合金的机械性能。

将添加适量实施例5变质剂和不添加变质剂的过共晶铝硅铜合金铸锭取样，经打磨、抛光、腐蚀后在光学显微镜下观察合金显微组织，如附图1、附图2、附图3所示。从附图1、2、3中可以看出，本发明对于过共晶铝硅铜合金有十分明显的变质作用，它不仅能够完全消除过共晶铝硅铜合金内的小块初晶硅。而且能够细化共晶硅相，使其从针状或者块状完全转变为点状和纤维状，促进α-铝相的细化和球化。

Claims

1.一种用于过共晶铝硅铜合金的变质剂，其特征是由以下元素按质量百分比组成：Yb₂S₃为0.1~10%、余量为Al；

所述的过共晶铝硅铜合金的元素按质量百分比组成为：Si:13~20%，Fe:<1.0%，Cu:1.5~3.5%，Mn<0.5%，Ni<0.5%，Zn<1.0%，Ti<0.3%，Pb<0.1%，Sn<0.2%，余量为Al。

2.权利要求1所述的一种用于过共晶铝硅铜合金的变质剂的制备方法，其特征是将刚玉坩埚内的纯铝熔化后，在730~750℃温度加入Yb₂S₃后保温5~8分钟；Yb₂S₃的加入量为变质剂总质量的0.1~10%；用石墨棒搅拌3~5分钟，当炉温降至700~720℃时，向熔体中通氩气进行精炼，保温5~20分钟；除去表面浮渣，将金属液浇注到金属模具中凝固。