CN114032425B - 一种zl114a合金复合变质的方法及其所得产品 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种ZL114A合金复合变质的方法及其所得产品，属于高强度铝合金铸造成型技术领域。所述ZL114A合金复合变质的方法包括在预制ZL114A合金锭过程，先加入ZL114A合金总重量0.005～0.015％的Sr进行预变质处理；再加入ZL114A合金总重量0.015％～0.035％的Sr和ZL114A合金总重量0.9％～1.2％的AlTi₅B₁进行复合变质。采用本发明提供的方法制备得到的ZL114A变质合金，铸造成型后的大型复杂结构铸件本体屈服强度可达300～320MP a，抗拉强度可达330～360MP a，伸长率可达6～8％。

Description

一种ZL114A合金复合变质的方法及其所得产品

技术领域

本发明属于高强度铝合金铸造成型技术领域，尤其涉及一种ZL114A 合金复合变质的方法及其所得产品。

背景技术

ZL114A是一种具有较高强度与韧性的铸造合金，因其具有良好的工艺性，因此被广泛应用于各种大型结构产品的铸造成型过程。通过改变“共晶硅”的形状和尺寸，使“共晶硅”由粗大针状转变成细小杆状或颗粒状，可以提高合金的力学性能。变质处理已经成为改善共晶铝硅合金组织，提高性能的最常用、也是最有效的手段。

近年来Sr变质，已逐渐取代了Na变质，在铝硅类合金变质处理中占据主导地位。但添加单一元素的Sr会存在如下缺点：(1)在熔体中快速弥散速度较差，极易被高温熔体中氧化夹渣吸附，形成颗粒状氧化物，体积较大时，会沉入熔体底部，较小时会悬浮在熔体中，减弱了Sr对熔体的变质能力。(2)Sr在高温熔体中极易氧化，同样会减弱对熔体的变质能力。(3) Sr变质过程对熔体的纯净度要求较高，否则会影响变质效果。(4)采用单一Sr变质过程，添加量较少，变质效果达不到最佳状态(变质效果共分为 6级，其中达到5-6级为最佳状态)。添加量较大，多余的Sr会形成Sr₂Si₂Al 游离在合金熔体中，当数量较多且颗粒度较大时，通过熔体精炼过程无法清除，在成型后的铸件中易形成高密度夹渣，影响内部组织与力学性能，特别是对伸长率影响较明显。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种ZL114A合金复合变质的方法及其所得产品，可以减少Sr元素的加入量，且制备得到的ZL114A变质合金的屈服强度和抗拉强度高，伸长率好。

本发明提供了一种ZL114A合金复合变质的方法：先加入ZL114A合金总重量0.005～0.015％的Sr进行预变质处理；再加入ZL114A合金总重量 0.015％～0.035％的Sr和ZL114A合金总重量0.9％～1.2％的AlTi₅B₁进行复合变质。

优选的，按重量百分比计，所述ZL114A合金包括如下组分：Si： 6.8％～7.3％，Ti：0.14％～0.25％，Mg：0.54％～0.60％，Be：0.02％～0.06％，杂质含量≤0.5％，Al余量。

优选的，所述复合变质方法的具体步骤为：

1)将ZL114A合金升温至700～720℃，将ZL114A合金总重量 0.005～0.015％的Sr加入到ZL114A合金熔体中中，得到预变质后的ZL114A 合金熔体；

2)将预变质后的ZL114A合金熔体温度调整至730～750℃，加入 ZL114A合金总重量0.015％～0.035％的Sr，一次静置，再将AlTi₅B₁加入到熔体中，待AlTi₅B₁熔融后依次搅拌，二次静置，去除氧化夹渣，得到复合变质的ZL114A合金。

优选的，所述步骤1)中还包括将预变质后的ZL114A合金熔体温度调整至710～720℃用氩气对熔体进行搅拌除气，静置，去除熔体表面氧化夹渣。

优选的，所述步骤2)中一次静置的时间为2.5～3.5min；二次静置的时间为4～6min。

优选的，所述步骤1)和2)中分别以AlSr₁₀合金的形式加入Sr。

优选的，所述步骤2)中去除氧化夹渣后将熔体温度降温至720～730℃用氩气对熔体精炼8～12min。

优选的，加入Sr和AlTi₅B₁时，将Sr和AlTi₅B₁压入ZL114A合金熔体液面的2/3处。

本发明还提供了一种上述任意一项复合变质方法制备得到的ZL114A 变质合金，其特征在于，所述ZL114A变质合金的屈服强度为300～320MP a，抗拉强度为330～360MP a，伸长率为6～8％。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1)加入一定量的Sr和AlTi₅B₁进行复合变质，可以较大程度地抑制 Sr元素损失，减少Sr的添加量，进而避免在成型的铸件内部形成高密氧化夹渣，且熔体变质效果佳，可达到6级；

2)铸造成型的大型铸件抗拉强度和屈服强度高，且延伸率好，在同等热处理状态下比用Sr单元素变质精炼工艺方法，抗拉强度可提高20％，屈服强度强度可提高20％以上，伸长率可提高40％以上。

附图说明

图1为实施例1制备得到的合金共晶硅形貌金相照片；

图2为实施例2制备得到的合金共晶硅形貌金相照片；

图3为对比例1制备得到的合金共晶硅形貌金相照片；

图4为对比例2制备得到的合金共晶硅形貌金相照片；

图5为对比例3制备得到的合金共晶硅形貌金相照片；

图6为对比例4制备得到的合金共晶硅形貌金相照片；

图7为采用实施例1的变质后的ZL114A合金铸造的大型铝合金铸件结构示意图。

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，显然，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。

本发明提供了一种ZL114A合金复合变质的方法：先加入ZL114A合金总重量0.005～0.015％的Sr进行预变质处理；再加入ZL114A合金总重量 0.015％～0.035％的Sr和ZL114A合金总重量0.9％～1.2％的AlTi₅B₁进行复合变质。

在本发明中，按重量百分比计，所述ZL114A合金优选包括如下组分： Si：6.8％～7.3％，Ti：0.14％～0.25％，Mg：0.54％～0.60％，Be：0.02％～0.06％，杂质含量≤0.5％，Al余量。

由于原始炉料的遗传效应日益受到重视(即原始的ZL114A合金锭)，因此ZL114A铝合金铸件生产厂家，要求生产合金锭的厂家在制作合金锭过程，先加一定量的Sr进行预变质，但由于对预变质和后续变质工艺之间的关系认识不足，浇注成型后的铸件其变质效果未达到较好的状态(变质效果仅能达到2～3级)。本发明在已经进行预变质处理的基础上通过添加AlTi₅B₁和Sr进行复合变质，AlTi₅B₁不仅可以对熔体中的Si晶胚起到快速细化的作用，而且还促进Sr均匀、快速的吸附在Si晶胚表面，减少Sr的氧化，进而减少Sr的添加量，从根本上抑制氧化物颗粒的形成，提高合金的力学性能。同时，通过添加AlTi₅B₁可缩短或消除变质处理的孕育期(添加AlTi₅B₁后高温静止时间)，较大程度的抑制熔体在静置过程中出现的变质衰退现象。进而减少Sr的加入量，减小了氧化物颗粒形成的机理，促进熔体变质效果达到最佳状态。

在本发明中，所述复合变质方法的具体步骤为：

1)将ZL114A合金升温至700～720℃，将ZL114A合金总重量 0.005～0.015％的Sr加入到ZL114A合金熔体中中，得到预变质后的ZL114A 合金熔体；

2)将预变质后的ZL114A合金熔体温度调整至730～750℃，加入 ZL114A合金总重量0.015％～0.035％的Sr，一次静置，再将AlTi₅B₁加入到熔体中，待AlTi₅B₁熔融后依次搅拌，二次静置，去除氧化夹渣，得到复合变质的ZL114A合金。

本发明将ZL114A合金升温至700～720℃，将ZL114A合金总重量 0.005～0.015％的Sr加入到ZL114A合金熔体中中，得到预变质后的ZL114A 合金熔体。

得到预变质后的ZL114A合金熔体后，本发明优选将预变质后的 ZL114A合金熔体温度调整至710～720℃用氩气对熔体进行搅拌除气，静置，去除熔体表面氧化夹渣。在本发明中，所述搅拌的时间优选为8～12min，所述静置的时间4～6min。

本发明将预变质后的ZL114A合金熔体温度调整至730～750℃，加入 ZL114A合金总重量0.015％～0.035％的Sr，一次静置。在本发明中，所述一次静置的时间优选为3min。在本发明中，优选以AlSr₁₀合金的形式加入Sr。在本发明中，加入Sr时，优选将Sr压入ZL114A合金熔体液面的2/3处。

一次静置后，本发明再将AlTi₅B₁加入到熔体中，待AlTi₅B₁熔融后依次搅拌，二次静置，去除氧化夹渣，得到复合变质的ZL114A合金。在本发明中，所述搅拌的时间优选为3min，二次静置的时间优选为4～6min。在本发明中，加入AlTi₅B₁时，优选将AlTi₅B₁压入ZL114A合金熔体液面的2/3 处。在本发明中，去除氧化夹渣后优选将熔体温度降温至720～730℃用氩气对熔体精炼8～12min。

本发明还提供了一种上述任意一项复合变质方法制备得到的ZL114A 变质合金，其特征在于，所述ZL114A变质合金的屈服强度为300～320MP a，抗拉强度为330～360MP a，伸长率为6～8％。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

1)将ZL114A合金升温至700℃(对ZL114A合金锭中元素含量进行分析，按重量百分比计，包括如下组分：Si：6.8％，Ti：0.14％，Mg：0.58％， Be：0.03％，杂质含量0.5％，Al余量)，将ZL114A合金总重量0.005％的 Sr加入到ZL114A合金熔体中，得到预变质后的ZL114A合金熔体。

2)把涂刷涂料后的熔炼坩埚加热到400℃时，把预变质后的ZL114A 合金加入到坩埚内，在炉料全熔后，熔体温度达到710℃时，用高纯氩气对熔体进行搅拌除气，静止5min后，去除熔体表面氧化物。

3)将熔体温度升温至730℃时，加入用纯铝泊包裹的Φ10直径的，长度约200mm的AlSr₁₀丝(AlSr₁₀丝中Sr的总量为ZL114A合金总量的 0.015％)，压入到ZL114A合金熔体液面的2/3处，静止3min后，用同方法把占ZL114A合金总量0.9％的AlTi₅B₁中间合金加入到熔体中，对熔体进行搅拌3min，静止5min后(保温静止)，除去熔体表面氧化夹渣。

4)用在坩埚外围吹冷风的方法使熔体快速降温到720℃，用高纯氩气对熔体进行精炼处理10min，除去熔体表面氧化夹渣，得到复合变质后的 ZL114A合金熔体。通过金相样片观察该合金内部晶粒细化、氧化夹渣情况，具体如图1所示。由图1可以看出共晶硅呈现细小短杆和晶粒状，达到变质最佳状态(6级)。

采用该变质后的ZL114A合金铸造大型铝合金铸件，如图7所示，并在该大型铝合金铸件舱体上、中、下位置分别切取6件本体试块，加工成φ 5标准试样，按GB/T228金属拉伸试验方法，进行力学性能测试值，具体结果如表1所示：

表1大型铝合金铸件力学性能测试结果

实施例2

操作方法与实施例1相同，区别在于，预变质时Sr的添加量为ZL114A 合金总量的0.015％，变质处理时Sr的添加量为ZL114A合金总量的0.035％， AlTi₅B₁的添加量为ZL114A合金总量的1.2％，以及工艺参数不同。具体操作步骤如下：

1)将ZL114A合金升温至720℃(按重量百分比计，ZL114A合金包括如下组分：Si：7.3％，Ti：0.25％，Mg：0.58％，Be：0.06％，杂质含量≤0.3％，Al余量)，将ZL114A合金总重量0.015％的Sr加入ZL114A合金中，得到预变质后的ZL114A合金熔体。

2)把涂刷涂料后的熔炼坩埚加热到600℃时，把预变质后的ZL114A 合金加入到坩埚内，在炉料全熔后，熔体温度达到720℃时，用高纯氩气对熔体进行搅拌除气，静止5min后，去除熔体表面氧化物。

3)将熔体温度升温至750℃时，加入用纯铝泊包裹的Φ10直径的，长度约200mm的AlSr₁₀丝(AlSr₁₀丝中Sr的总量为ZL114A合金总量的 0.065％)，压入到ZL114A合金熔体液面的2/3处，静止3min后，用同方法把占ZL114A合金总量1.2％的AlTi₅B₁中间合金加入到熔体中，对熔体进行搅拌3min，静止5min后(保温静止)，除去熔体表面氧化夹渣。

4)用在坩埚外围吹冷风的方法使熔体快速降温到730℃，用高纯氩气对熔体进行精炼处理10min，除去熔体表面氧化夹渣，得到复合变质后的 ZL114A合金熔体。通过金相样片观察该合金内部组织结构，具体如图2所示。由图2可以看出其变质效果与图1变质效一致(6级)。

对比例1

操作方法与实施例1相同，区别在于，变质时未添加AlTi₅B₁。具体操作步骤如下：

1)将ZL114A合金升温至700℃(对ZL114A合金锭中元素含量进行分析，按重量百分比计，包括如下组分：Si：6.8％，Ti：0.14％，Mg：0.58％， Be：0.03％，杂质含量0.5％，Al余量)，将ZL114A合金总重量0.005％的 Sr加入到ZL114A合金熔体中，得到预变质后的ZL114A合金熔体。

2)把涂刷涂料后的熔炼坩埚加热到400℃时，把预变质后的ZL114A 合金加入到坩埚内，在炉料全熔后，熔体温度达到710℃时，用高纯氩气对熔体进行搅拌除气，静止5min后，去除熔体表面氧化物。

3)将熔体温度升温至730℃时，加入用纯铝泊包裹的Φ10直径的，长度约200mm的AlSr₁₀丝(AlSr₁₀丝中Sr的总量为ZL114A合金总量的 0.035％)，压入到ZL114A合金熔体液面的2/3处，对熔体进行搅拌3min，静止5min后(保温静止)，除去熔体表面氧化夹渣。

4)用在坩埚外围吹冷风的方法使熔体快速降温到720℃，用高纯氩气对熔体进行精炼处理10min，除去熔体表面氧化夹渣，得到变质后的ZL114A 合金熔体。通过X光片观察该合金内部组织结构，具体如图3所示。由图3 可以看出经对比例1方法变质后ZL114A合金变质效果比经实施例1、实施例2方法变质后ZL114合金效果较差，仅能达到3级。

对比例2

操作方法与实施例1相同，区别在于，变质时未添加Sr。具体操作步骤如下：

1)将ZL114A合金升温至700℃(对ZL114A合金锭中元素含量进行分析，按重量百分比计，包括如下组分：Si：6.8％，Ti：0.14％，Mg：0.58％， Be：0.03％，杂质含量0.5％，Al余量)，将ZL114A合金总重量0.005％的Sr加入到ZL114A合金熔体中，得到预变质后的ZL114A合金熔体。

2)把涂刷涂料后的熔炼坩埚加热到400℃时，把预变质后的ZL114A 合金加入到坩埚内，在炉料全熔后，熔体温度达到710℃时，用高纯氩气对熔体进行搅拌除气，静止5min后，去除熔体表面氧化物。

3)将熔体温度升温至730℃时，加入用纯铝泊包裹的Φ10直径的，长度约200mm的AlTi₅B₁中间合金丝(AlTi₅B₁的总量为ZL114A合金总量的 0.9％)，压入到ZL114A合金熔体液面的2/3处，对熔体进行搅拌3min，静止5min后(保温静止)，除去熔体表面氧化夹渣。

4)用在坩埚外围吹冷风的方法使熔体快速降温到720℃，用高纯氩气对熔体进行精炼处理10min，除去熔体表面氧化夹渣，得到变质后的ZL114A 合金熔体。通过金相样片观察该合金内部组织结构，具体如图4所示。由图 4可以看出对比例2方法变质处理后ZL114A合金变质效果仅能达到2级。

对比例3

操作方法与实施例1相同，区别在于，未进行预变质。具体操作步骤如下：

1)把涂刷涂料后的熔炼坩埚加热到400℃时，把ZL114A合金(按重量百分比计，ZL114A合金包括如下组分：Si：6.8％，Ti：0.14％，Mg：0.58％， Be：0.03％，杂质含量0.5％，Al余量)加入到坩埚内，在炉料全熔后，熔体温度达到710℃时，用高纯氩气对熔体进行搅拌除气，静止5min后，去除熔体表面氧化物。

2)将熔体温度升温至730℃时，加入用纯铝泊包裹的Φ10直径的，长度约200mm的AlSr₁₀丝(AlSr₁₀丝中Sr的总量为ZL114A合金总量的 0.035％)，压入到ZL114A合金熔体液面的2/3处，静止3min后，用同方法把占ZL114A合金总量0.9％的AlTi₅B₁中间合金加入到熔体中，对熔体进行搅拌3min，静止5min后(保温静止)，除去熔体表面氧化夹渣。

3)用在坩埚外围吹冷风的方法使熔体快速降温到720℃，用高纯氩气对熔体进行精炼处理10min，除去熔体表面氧化夹渣，得到复合变质后的 ZL114A合金熔体。通过金相样片观察该合金内部组织结构，具体如图5所示。由图5可以看出。对比例3方法变质处理后ZL114A合金变质效果仅能达到4级。

对比例4

具体操作方法与实施例1步骤1)，即仅进行了预变质，未进行复合变质。具体操作步骤如下：

1)将ZL114A合金升温至700℃(对ZL114A合金锭中元素含量进行分析，按重量百分比计，包括如下组分：Si：6.8％，Ti：0.14％，Mg：0.58％， Be：0.03％，杂质含量0.5％，Al余量)，将ZL114A合金总重量0.005％的 Sr加入到ZL114A合金熔体中，得到预变质后的ZL114A合金熔体。通过金相样片观察该合金内部组织结构，具体如图6所示。由图6可以看出。对比例4方法变质处理后ZL114A合金变质效果仅能达到2级。

性能测试

实施例1～2及对比例1～4制备得到的各合金熔体静止10min后，用变质分析设备对熔体进行变质效果分析，按照GB/T228金属拉伸试验方法进行性能测试，具体结果如表2所示。

表2变质后的ZL114A合金的性能测试结果

由表2可以看出，本发明提供的复合变质的ZL114A合金的拉伸强度及伸长率均可以得到大幅度提升。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种ZL114A合金复合变质的方法，其特征在于，先加入ZL114A合金总重量0.005～0.015％的Sr进行预变质处理；再加入ZL114A合金总重量0.015％～0.035％的Sr和ZL114A合金总重量0.9％～1.2％的AlTi₅B₁进行复合变质；

所述复合变质方法的具体步骤为：

1)将ZL114A合金升温至700～720℃，将ZL114A合金总重量0.005～0.015％的Sr加入到ZL114A合金熔体中，得到预变质后的ZL114A合金熔体；

2)将预变质后的ZL114A合金熔体温度调整至730～750℃，加入ZL114A合金总重量0.015％～0.035％的Sr，一次静置，再将AlTi₅B₁加入到熔体中，待AlTi₅B₁熔融后依次搅拌，二次静置，去除氧化夹渣，得到复合变质的ZL114A合金。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按重量百分比计，所述ZL114A合金包括如下组分：Si：6.8％～7.3％，Ti：0.14％～0.25％，Mg：0.54％～0.60％，Be：0.02％～0.06％，杂质含量≤0.5％，Al余量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中还包括将预变质后的ZL114A合金熔体温度调整至710～720℃用氩气对熔体进行搅拌除气，静置，去除熔体表面氧化夹渣。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中一次静置的时间为2.5～3.5min；二次静置的时间为4～6min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)和2)中分别以AlSr₁₀合金的形式加入Sr。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中去除氧化夹渣后将熔体温度降温至720～730℃用氩气对熔体精炼8～12min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加入Sr和AlTi₅B₁时，将Sr和AlTi₅B₁压入ZL114A合金熔体液面的2/3处。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的复合变质方法制备得到的ZL114A变质合金，其特征在于，所述ZL114A变质合金的屈服强度为300～320MP a，抗拉强度为330～360MP a，伸长率为6～8％。

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