CN113234970A - 一种含Er的高强韧铸造铝硅合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含Er的高强韧铸造铝硅合金及其制备方法，属于铝合金技术领域。本发明含Er的高强韧铸造铝硅合金，以质量百分数计，该铝硅合金包括：Si 6.8～8％，Mg0.50～0.65％，Ti0.15～0.30％，Mn 0.02～0.05％，Er 0.2～0.6％，其余为Al。本发明通过优化Si、Mg、Mn、Ti元素的含量，并且通过添加微量Er来细化变质粗大的初晶硅以及共晶硅转变为细小的等轴晶粒，消除了粗大的初晶硅和共晶硅对铝硅合金强度、塑性和断裂韧性的影响；本发明铸造铝硅合金具有高强度、高韧性，适用于各种交通用铝合金。
Description
技术领域
本发明涉及一种含Er的高强韧铸造铝硅合金，属于铝合金技术领域。
背景技术
铝硅合金因具有结晶温度区间小、凝固潜热和比热容大以及线收缩系数、热裂和缩松倾向低等特点，其铸造性能优于其它铝合金，是铸造合金中品种最多，用途最为广泛的铸造合金。其中，亚共晶铝硅合金不仅具有极好的流动性，小的铸造收缩率、小的线膨胀系数和良好的焊接性、抗蚀性以及足够的力学性能，而且还可以薄壁件及形状复杂的铸件，通过热处理后可达到较高的强度、良好的塑性和高冲击韧性，因此，在汽车工业中得到了非常广泛的应用，成为了交通铸造铝合金的首选材质。
目前铸造领域最常用的材料是铸造铝硅合金，如A356、ADC10、ADC12等。铸造铝硅合金虽然具有较好的铸造流动性和机械加工性能，但目前常用的铸造铝硅合金仍然普遍存在强度偏低、塑性较差和断裂韧性不足的问题，如A356铸造铝硅合金在T6热处理状态下的抗拉强度通常低于280MPa，屈服强度低于240MPa，伸长率低于7％，强度和塑性都无法满足大部分汽车受力结构件的要求。
发明内容
针对现有技术中亚共晶铝硅合金中粗大的片状的共晶硅形貌大大降低其强度和塑性的问题，提供一种含Er的高强韧铸造铝硅合金，通过优化Si、Mg、Mn、Ti元素的含量，并且通过添加微量Er协同Mg、Mn和Ti来细化变质粗大的初晶硅以及共晶硅转变为细小的等轴晶粒，消除了粗大的初晶硅和共晶硅对铝硅合金强度、塑性和断裂韧性的影响；本发明铸造铝硅合金具有高强度、高韧性，适用于各种交通用铝合金。
一种含Er的高强韧铸造铝硅合金，以质量百分数计，该铝硅合金包括：Si 6.8～8％，Mg 0.50～0.65％，Ti0.15～0.30％，Mn 0.02～0.05％，Er 0.2～0.6％，其余为Al；
含Er的高强韧铸造铝硅合金的制备方法，具体步骤如下：
(1)工业纯铝和铝硅中间合金在温度为750～800℃条件下熔融，依次加入锰剂、钛剂、Al-Er中间合金和镁块，熔化形成熔体，采用惰性保护气体和无钠精炼剂对熔体喷吹精炼10～20min进行除气除杂处理，然后扒渣后静置处理10～20min得到铝硅合金熔体；
(2)在温度为700～720℃下，步骤(1)铝硅合金熔体浇铸至温度为200～250℃的模具中，凝固成型得到含Er的高强韧铸造铝硅合金；
所述铝硅中间合金中Si的质量百分数为18～22％％；
所述Al-Er中间合金中Er的质量百分数为8～12％；
所述Ti添加的形式为质量百分数为73～77％的钛剂；
所述Mn添加的形式为质量百分数为73～77％的锰剂；
本发明的有益效果：
(1)本发明通过优化Si、Mg、Mn、Ti元素的含量，并且通过添加微量Er协同Mg、Mn和Ti来细化变质粗大的初晶硅以及共晶硅转变为细小的等轴晶粒，消除了粗大的初晶硅和共晶硅对铝硅合金强度、塑性和断裂韧性的影响；
(2)本发明铸造铝硅合金具有高强度、高韧性，适用于各种交通用铝合金。
附图说明
图1为对比例铝硅合金的金相图(50X)；
图2为对比例铝硅合金的金相图(1000X)；
图3为实施例1的含Er的高强韧铸造铝硅合金的金相图(50X)；
图4为实施例1的含Er的高强韧铸造铝硅合金的金相图(1000X)；
图5为实施例2的含Er的高强韧铸造铝硅合金的金相图(50X)；
图6为实施例2的含Er的高强韧铸造铝硅合金的金相图(1000X)；
图7为实施例3的含Er的高强韧铸造铝硅合金的金相图(50X)；
图8为实施例3的含Er的高强韧铸造铝硅合金的金相图(1000X)。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
对比例：铝硅合金，以质量百分数计，铝硅合金包括：Mg 0.575％、Si 7.4％、Ti0.225％、Mn 0.02％，余量为铝；
铝硅合金的制备方法，具体步骤如下：
(1)工业纯铝和铝硅中间合金在温度为750～800℃条件下熔融，依次加入锰剂、钛剂和镁块，熔化形成熔体，采用惰性保护气体和无钠精炼剂对熔体喷吹精炼15min进行除气除杂处理，然后扒渣后静置处理20min得到铝硅合金熔体；其中铝硅中间合金中Si的质量百分数为18～22％，Ti添加的形式为质量百分数为73～77％的钛剂，Mn添加的形式为质量百分数为73～77％的锰剂；
(2)在温度为700～720℃下，步骤(1)铝硅合金熔体浇铸至温度为200～250℃的模具中，凝固成型得到铝硅合金；
本对比例铝硅合金的金相图见图1和图2，从图中可知，其晶粒组织粗大且分布不均匀，共晶硅形貌呈粗大的针尖状割裂了基体，严重影响了其力学性能，本对比例铝硅合金在室温下的力学性能：抗拉强度为131MPa，延伸率4.2％。
实施例1：一种含Er的高强韧铸造铝硅合金，以质量百分数计，该铝硅合金包括：Mg0.575％、Si 7.4％、Ti 0.225％、Mn 0.02％、Er 0.2％，其余为Al；
含Er的高强韧铸造铝硅合金的制备方法，具体步骤如下：
(1)工业纯铝和铝硅中间合金在温度为750～800℃条件下熔融，依次加入锰剂、钛剂、Al-Er中间合金和镁块，熔化形成熔体，采用惰性保护气体和无钠精炼剂对熔体喷吹精炼18min进行除气除杂处理，然后扒渣后静置处理16min得到铝硅合金熔体；其中铝硅中间合金中Si的质量百分数为18～22％，Al-Er中间合金中Er的质量百分数为8～12％，Ti添加的形式为质量百分数为73～77％的钛剂，Mn添加的形式为质量百分数为73～77％的锰剂；
(2)在温度为700～720℃下，步骤(1)铝硅合金熔体浇铸至温度为200～250℃的模具中，凝固成型得到含Er的高强韧铸造铝硅合金；
本实施例高强韧铸造铝硅合金的金相图见图3和图4，从图中可知，其晶粒组织较为粗大且分布不均，共晶硅形貌呈较为粗大的板片状以及针尖状，细化效果不明显；
本实施例高强韧铸造铝硅合金在室温下的力学性能：抗拉强度为169MPa，延伸率5.2％。
实施例2：一种含Er的高强韧铸造铝硅合金，以质量百分数计，该铝硅合金包括：Mg0.575％、Si 7.4％、Ti 0.225％、Mn 0.02％、Er 0.4％，其余为Al；
含Er的高强韧铸造铝硅合金的制备方法，具体步骤如下：
(1)工业纯铝和铝硅中间合金在温度为750～800℃条件下熔融，依次加入锰剂、钛剂、Al-Er中间合金和镁块，熔化形成熔体，采用惰性保护气体和无钠精炼剂对熔体喷吹精炼16min进行除气除杂处理，然后扒渣后静置处理18min得到铝硅合金熔体；其中铝硅中间合金中Si的质量百分数为18～22％，Al-Er中间合金中Er的质量百分数为8～12％，Ti添加的形式为质量百分数为73～77％的钛剂，Mn添加的形式为质量百分数为73～77％的锰剂；
(2)在温度为700～720℃下，步骤(1)铝硅合金熔体浇铸至温度为200～250℃的模具中，凝固成型得到含Er的高强韧铸造铝硅合金；
本实施例高强韧铸造铝硅合金的金相图见图5和图6，从图中可知，其晶粒组织细小且分布均匀，共晶硅形貌呈短棒和纤维状，细化效果明显；本实施例高强韧铸造铝硅合金在室温下的力学性能：抗拉强度为188MPa，延伸率6.8％。
实施例3：一种含Er的高强韧铸造铝硅合金，以质量百分数计，该铝硅合金包括：Mg0.575％、Si 7.4％、Ti 0.225％、Mn 0.02％、Er 0.6％，其余为Al；
含Er的高强韧铸造铝硅合金的制备方法，具体步骤如下：
(1)工业纯铝和铝硅中间合金在温度为750～800℃条件下熔融，依次加入锰剂、钛剂、Al-Er中间合金和镁块，熔化形成熔体，采用惰性保护气体和无钠精炼剂对熔体喷吹精炼14min进行除气除杂处理，然后扒渣后静置处理20min得到铝硅合金熔体；其中铝硅中间合金中Si的质量百分数为18～22％，Al-Er中间合金中Er的质量百分数为8～12％，Ti添加的形式为质量百分数为73～77％的钛剂，Mn添加的形式为质量百分数为73～77％的锰剂；
(2)在温度为700～720℃下，步骤(1)铝硅合金熔体浇铸至温度为200～250℃的模具中，凝固成型得到含Er的高强韧铸造铝硅合金；
本实施例高强韧铸造铝硅合金的金相图见图7和图8，从图中可知，其晶粒组织较为细小且分布较为均匀，共晶硅形貌继而趋于球化，表现为过变质；
本实施例含Er的高强韧铸造铝硅合金的性能检测数据见表1，
表1实施例1～3的实验数据
| 实施例 | Er含量(％) | 抗拉强度MPa | 延伸率％ |
| 1 | 0.2 | 169 | 5.6 |
| 2 | 0.4 | 188 | 6.8 |
| 3 | 0.6 | 175 | 6.1 |
| 对比例 | 0 | 131 | 4.2 |
从表1可知，本实施例高强韧铸造铝硅合金在室温下的力学性能：抗拉强度为188MPa，延伸率6.8％；铝硅合金铸态的室温抗拉强度可高达188Mpa，延伸率为6.8％，具有强度高、塑性好、耐腐蚀、抗磨损等特点，适合制造汽车、轿车、摩托车的轮毂、汽车变速箱、飞机配件及其他承受载荷的零件，具有广泛的应用前景。
Claims (6)
1.一种含Er的高强韧铸造铝硅合金，其特征在于：以质量百分数计，该铝硅合金包括：Si 6.8～8％，Mg 0.50～0.65％，Ti0.15～0.30％，Mn 0.02～0.05％，Er 0.2～0.6％，其余为Al。
2.权利要求1所述含Er的高强韧铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)工业纯铝和铝硅中间合金在温度为750～800℃条件下熔融，依次加入锰剂、钛剂、Al-Er中间合金和镁块，熔化形成熔体，采用惰性保护气体和无钠精炼剂对熔体喷吹精炼10～20min进行除气除杂处理，然后扒渣后静置处理10～20min得到铝硅合金熔体；
(2)在温度为700～720℃下，步骤(1)铝硅合金熔体浇铸至温度为200～250℃的模具中，凝固成型得到含Er的高强韧铸造铝硅合金。
3.根据权利要求2所述含Er的高强韧铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于：铝硅中间合金中Si的质量百分数为18～22％。
4.根据权利要求2所述含Er的高强韧铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于：Al-Er中间合金中Er的质量百分数为8～12％。
5.根据权利要求2所述含Er的高强韧铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于：Ti添加的形式为质量百分数为73～77％的钛剂。
6.根据权利要求2所述含Er的高强韧铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于：Mn添加的形式为质量百分数为73～77％的锰剂。
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