CN117265318A - 一种利用熔体净化和铋合金化协同消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用熔体净化和铋合金化消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法，将卤盐净化剂熔化后，制得净化剂；将Al‑16Si、Al‑18Si或Al‑20Si过共晶铝硅合金浸没在净化剂中，熔炼制得合金熔化后的合金液，加入纯铋，加热保温，保温后将合金液浇注到室温金属型中成型。本发明采用卤盐净化剂和纯铋对过共晶Al‑16Si、Al‑18Si、Al‑20Si合金进行协同作用，通过卤盐减少初生硅的非自发形核基底，从而抑制了初生硅的形核；而铋元素可以抑制初生硅的生长，在过冷度增大的情况下，共晶硅大量形核，形成细小致密的共晶组织，从而达到伪共晶状态。
Description
技术领域
本发明属于有色金属领域，具体涉及到一种利用熔体净化和铋合金化消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法。
背景技术
铝硅合金具有比强度高、导热性好、气密性好、热膨胀系数小和铸造性能好等优点，广泛应用于汽车、航空航天、建筑工程以及电子通讯等领域。在过共晶铝硅合金中，初生硅一般呈现粗大板块状或棱角状。随着硅含量的增加，合金组织中初生硅尺寸逐渐增大；在外力作用下，初生硅相尖角处易产生应力集中和微裂纹，使得合金的强度和塑性明显降低，限制了过共晶铝硅合金的使用。
为了获得更加细小的初生硅，经常会选择向熔体中加入变质剂，将粗大片状和复杂的初生硅变为细小圆润的形态，Na和Sr是最常用的变质剂，而钠的变质有效时间短，易腐蚀工具且影响合金质量。
但是，这些方法只能细化初生硅，并不能消除或者近似消除初生硅。如果要提高过共晶铝硅合金的性能及扩大应用，必须减小初生硅尺寸、降低初生硅占比、优化初生硅形态。而消除合金中的初生硅，获得伪共晶组织对增强过共晶铝硅合金的强韧性将有重要的意义。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种利用熔体净化和铋合金化消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种利用熔体净化和铋合金化消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法。
步骤如下：
1)将卤盐净化剂熔化，制得熔化后的净化剂；
2)将过共晶铝硅合金Al-16Si、Al-18Si、Al-20Si任一种浸没在熔化的净化剂中，熔炼制得合金熔化后的合金液；
3)向熔化后向合金液中加入纯铋，并保温，保温后将合金液浇注到室温金属型中成型。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述卤盐净化剂由NaCl、KCl以及少量的Na3AlF6复配而成，按照原料质量百分比计，最佳含量配比为42.5％NaCl+42.5％KCl+15％ Na3AlF6。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述将卤盐净化剂熔化，其中，熔化温度为850-880℃。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述熔炼制得合金熔化后的合金液，其中，熔化温度为850-900℃。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述铋的量为Al-16Si过共晶铝硅合金总质量的0.05wt.％。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述铋的量为Al-18Si过共晶铝硅合金总质量的0.05wt.％。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述铋的量为Al-20Si过共晶铝硅合金总质量的0.05wt.％。
本发明有益效果：
(1)本发明采用熔体净化和铋合金化协同消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法，卤盐净化剂和纯铋对过共晶Al-16Si、Al-18Si、Al-20Si合金进行协同作用如下：a.卤盐净化剂可以使合金熔体隔绝空气从而消除熔体中的氧化物、杂质元素等，减少初生硅的非自发形核基底，从而抑制了初生硅的形核；而净化剂中的钠对初生硅也有着良好的变质效果，改变初生硅的生长形态，但变质的有效时间很短；b.卤盐净化剂可以使熔体处于深过冷状态,在凝固时可以大量形核，而微量铋元素可为硅相提供额外的形核质点，并吸附在硅相凹角处抑制硅相生长，消除合金中的初生硅，最终获得伪共晶凝固组织。
(2)本发明操作简单，铋元素具有优异的性能，微量铋即可以进一步增大熔体的过冷度且价格低廉，对环境无污染。只通过铋和卤盐就能协同消除过共晶铝硅合金中初生硅，从而获得伪共晶组织的Al-16Si、Al-18Si、Al-20Si合金，对拓宽过共晶铝硅合金的应用领域具有重大意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例1中净化后的Al-16Si-0.05Bi合金试样横截面处显微组织照片；
图2为本发明对比例1中Al-16Si合金试样横截面处显微组织照片；
图3为本发明实施例2中净化后的Al-18Si-0.05Bi合金试样横截面处显微组织照片；
图4为本发明对比例2中Al-18Si合金试样横截面处显微组织照片；
图5为本发明实施例3中净化后的Al-20Si-0.05Bi合金试样横截面处显微组织照片；
图6为本发明对比例3中Al-20Si合金试样横截面处显微组织照片；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
为了解决消除合金中的初生硅，获得伪共晶硅组织，本发明提供了一种利用熔体净化和铋合金化消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法。具体步骤如下：
1)将卤盐净化剂熔化，制得熔化后的净化剂；
2)将过共晶铝硅合金Al-16Si、Al-18Si、Al-20Si任一种浸没在熔化的净化剂中，熔炼制得合金熔化后的合金液；
3)向熔化后向合金液中加入纯铋，并保温，保温后将合金液浇注到室温金属型中成型。
下面结合各实施例的具体反应条件，对各实施例得到的伪共晶硅组织进行检测，对比未改进的对比例，分析如下：
实施例1
Al-16Si过共晶铝硅合金在850℃熔炼，经过熔体净化和铋合金化并保温30分钟，浇注在室温金属型中，具体操作如下：
使用Al2O3坩埚将按照42.5％NaCl+42.5％KCl+15％Na3AlF6的成分比例配制的卤盐净化剂放置在850℃井式炉中熔化，用量要求将合金完全浸没；
将Al-16Si合金完全浸没在净化剂中，在850℃进行熔炼；
合金熔化后，添加质量占比为0.05wt.％的纯铋，将熔体充分搅拌，并在850℃下进行保温30分钟；
保温结束，将经过熔体净化和铋合金化处理的Al-16Si合金熔体浇注到内腔尺寸为Φ12x120mm的室温金属型中。
在底部10mm处截取试样，使用金相显微镜进行观察。如图1记录。
对比例1
Al-16Si过共晶铝硅合金在850℃熔炼并保温30分钟，浇注在室温金属型中，具体操作如下：
使用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16Si合金，熔炼温度为850℃；
合金熔化后，刮去表面浮渣，使用六氯乙烷精炼，保温30分钟，保温过程中为防止成分不均匀，使用石墨棒充分搅拌熔体；
保温结束，将Al-16Si合金浇注到内腔尺寸为Φ12x120mm的室温金属型中；
在底部10mm处截取试样，使用金相显微镜进行观察。如图2记录。
如图2所示，合金组织由初生硅、α-Al相和共晶组织组成，存在大量的初生硅且多为板片。
图1中使用熔体净化与铋协同处理后，与对比例1(图2)未改进的Al-16Si组织相比，凝固组织中无块状初生硅相，只有少量的点状初生硅颗粒，α-Al相变的十分细小，共晶组织开始变为纤维状。
实施例2
Al-18Si过共晶铝硅合金在860℃熔炼，经过熔体净化和铋合金化并保温30分钟，浇注在室温金属型中，具体操作如下：
使用Al2O3坩埚将按照42.5％NaCl+42.5％KCl+15％Na3AlF6的成分比例配制的卤盐净化剂放置在850℃井式炉中熔化，用量要求将金属完全浸没；
将Al-18Si合金完全浸没在净化剂中在880℃进行熔炼，合金熔化后，加入质量占比为0.05wt.％的纯铋，将熔体充分搅拌，并在900℃下进行保温30分钟。
保温结束，将经过处理的Al-18Si合金熔体浇注到内腔尺寸为Φ12x120mm的室温金属型中。
在底部10mm处截取试样，使用金相显微镜进行观察。如图3记录。
对比例2
Al-18Si过共晶铝硅合金在850℃熔炼并保温30分钟，浇注在室温金属型中，具体操作如下：
使用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-18Si合金，熔炼温度为850℃；
合金熔化后，刮去表面浮渣，使用六氯乙烷精炼，保温30分钟，保温过程中为防止成分不均匀，使用石墨棒充分搅拌熔体；
保温结束，将Al-18Si合金浇注到内腔尺寸为Φ12x120mm的室温金属型中；
在底部10mm处截取试样，使用金相显微镜进行观察。如图4记录。
如图4所示，Al-18Si合金中初生硅颗粒数减少，但平均尺寸明显增加，α-Al相分布散乱，占比增加。
图2中使用熔体净化和铋合金化协同处理后，图2与图4相比，板片状初生硅全部消失，α-Al相明显几乎没有，组织中留下共晶硅相和已经细化的初生硅相。
实施例3
Al-20Si过共晶铝硅合金在890℃熔炼，经过熔体净化和铋合金化并保温30分钟，浇注在室温金属型中，具体操作如下：
使用Al2O3坩埚将按照42.5％NaCl+42.5％KCl+15％Na3AlF6的成分比例配制的卤盐净化剂放置在850℃井式炉中熔化，用量要求将合金完全浸没；
将Al-20Si合金完全浸没在净化剂中在880℃进行熔炼，合金熔化后，加入质量占比为0.05wt.％的纯铋，将熔体充分搅拌，并在880℃下进行保温30分钟。
保温结束，将经过熔体净化和铋合金化处理的Al-20Si合金熔体浇注到内腔尺寸为Φ12x120mm的室温金属型中。
在底部10mm处截取试样，使用金相显微镜进行观察。如图5记录。
对比例3
Al-20Si过共晶铝硅合金在850℃熔炼并保温30分钟，浇注在室温金属型中，具体操作如下：
使用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-20Si合金，熔炼温度为850℃；
合金熔化后，刮去表面浮渣，使用六氯乙烷精炼，保温30分钟，保温过程中为防止成分不均匀，使用石墨棒充分搅拌熔体；
保温结束，将Al-20Si合金浇注到内腔尺寸为Φ12x120mm的室温金属型中；
在底部10mm处截取试样，使用金相显微镜进行观察。如图6记录。
如图6所示，Al-20Si合金中初生硅颗粒数进一步减少，初生硅尺寸进一步增大，α-Al相也发生明显的粗化。
图5中使用熔体净化和铋协同处理后，与未改进的组织相比(图6)，凝固组织中仅有少量的针状初生硅，无大块状的初生硅相，共晶组织细密。
通过以上各组实施例与对比例对比,可以看出，使用熔体净化和铋合金化对Al-16Si、Al-18Si、Al-20Si合金进行协同处理，通过隔绝合金与空气、分解净化合金中的氧化与杂质，可以抑制过共晶铝硅合金中初生硅的析出和生长，改变硅相的生长方式，熔体处于深过冷状态，而微量铋可以为硅相的形核提供核心，生成细密的共晶硅，最终获得伪共晶组织的过共晶铝硅合金。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的范围当中。
Claims (8)
1.一种利用熔体净化和铋合金化协同消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法，其特征在于：
1)将卤盐净化剂熔化，制得熔化后的净化剂；
2)将过共晶铝硅合金Al-16Si、Al-18Si、Al-20Si任一种浸没在熔化的净化剂中，熔炼制得合金熔化后的合金液；
3)向熔化后向合金液中加入纯铋，并保温，保温后将合金液浇注到室温金属型中成型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述卤盐净化剂由NaCl、KCl和Na3AlF6复配而成。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：按照原料质量百分比计，配比为42.5％NaCl+42.5％KCl+15％Na3AlF6。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中熔化温度为850-880℃。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中熔化温度为860℃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中熔炼温度为850-900℃。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中熔炼温度为880℃。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铋的量为Al-16Si过共晶铝硅合金总质量的0.05wt.％、Al-18Si过共晶铝硅合金总质量的0.05wt.％、Al-20Si过共晶铝硅合金总质量的0.05wt.％中任一种。
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2023
- 2023-09-28 CN CN202311277528.9A patent/CN117265318A/zh active Pending
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