CN118109725A - 一种Al-Si合金锭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝合金生产领域，具体涉及一种Al‑Si合金锭及其制备方法，包括：(1)称取铝源、镁源、铁源、钛源和硅源，将上述原料放入熔炉中进行加热熔融，通入氮气精炼后清除熔渣；(2)向熔炉中加入锑源、钙源和钇源进行变质处理，经保温后再通入氮气精炼，随后清除熔渣，得到熔炼液；(3)待熔炼液降温至700‑720℃后，将其注入模具中并进行快速冷却成型，脱模后得到Al‑Si合金粗锭；(4)对Al‑Si合金粗锭进行固溶处理，快速冷却后再进行时效处理，经空冷后制得Al‑Si合金锭。本发明中采用Sb/CaO/Y2O3组合可以更好的细化α‑Al枝晶并促进共晶硅向纤维状转变，从而提高了Al‑Si合金锭的整体质量。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金生产技术领域，具体涉及一种Al-Si合金锭及其制备方法。
背景技术
铸造铝硅合金具有密度小、强度高、易加工成型、可回收利用等优点。随着汽车轻量化的发展，汽车中的零部件都需要以铝代钢，这些零部件在汽车中属于重要的受力部件。
Al-Si合金中α-Al相呈粗大的树枝晶状、共晶硅相呈板片状，会严重损害合金性能，往往需要通过添加剂来进行细化改善以提高Al-Si合金的质量。通常采用Na、Sr、Sb、RE等添加剂进行变质细化处理，但变质细化效果较为一般，最终影响了Al-Si合金的质量。为此，我们提出了一种Al-Si合金锭及其制备方法。
发明内容
(一)针对现有技术的不足，本发明提供了一种Al-Si合金锭及其制备方法，采用Sb/CaO/Y2O3组合可以更好的细化α-Al枝晶并促进共晶硅向纤维状转变，从而提高Al-Si合金锭的质量。
(二)为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种Al-Si合金锭，以质量百分比计，包括以下组分：Si 6.5-7.5％、Mg 0.2-0.4％、Fe 0.1-0.15％、Ti 0.05-0.1％、Sb 0.1-0.2％、Ca 0.05-0.1％、Y 0.5-1.5％，余量为Al。
本发明还提供了一种Al-Si合金锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取铝源、镁源、铁源、钛源和硅源，将上述原料放入熔炉中进行加热熔融，通入氮气精炼后清除熔渣；
(2)向熔炉中加入锑源、钙源和钇源进行变质细化处理，经保温后再通入氮气精炼，随后清除熔渣，得到熔炼液；
(3)待熔炼液降温至700-720℃后，将其注入模具中并进行快速冷却成型，脱模后得到Al-Si合金粗锭；
(4)对Al-Si合金粗锭进行固溶处理，快速冷却后再进行时效处理，经空冷后制得Al-Si合金锭。
优选的，步骤(1)中，铝源为工业纯铝，镁源为Al-20Mg合金，铁源为Al-10Fe合金，钛源为Al-10Ti合金，硅源为结晶硅。
优选的，步骤(1)中，加热熔融的温度为750-780℃，精炼时长为5-10min。
优选的，步骤(2)中，锑源为Al-5Sb合金、钙源为CaO，钇源为Y2O3。
优选的，步骤(2)中，保温时长为20-30min；精炼时长为10-15min。
优选的，步骤(3)至(4)中，快速冷却的冷却速率为40-60℃/s。
优选的，步骤(4)中，固溶处理是在560℃下处理4.5h；时效处理是在175℃下处理5h。
(三)本发明提供了一种Al-Si合金锭及其制备方法，具备以下有益效果：
本发明中采用Sb/CaO/Y2O3组合使用以改善Al-Si合金的质量，初生α-Al基体相为粗大的树枝晶状，其中的Sb变质时能增大合金基体的枝晶化倾向，二次枝晶臂极为发达，也可使合金的硅粒子得到细化；同时，添加的Ca进一步细化了二次枝晶臂间距，添加的Y2O3粒子则在共晶组织处弥散而起到抑制晶粒生长作用；故而，Sb/CaO/Y2O3组合可以更好的细化α-Al枝晶并促进共晶硅向纤维状转变，从而提高了Al-Si合金锭的整体质量。
本发明采用快速冷却的方式进行降温，铝硅熔体趋向于层状凝固，结晶过程较短、溶质再分配的影响低，阻碍了氢的析出，从而大幅度减少了合金基体内孔洞的数量，对改善Al-Si合金锭的质量有积极影响。
具体实施方式
下面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。
实施例1
一种Al-Si合金锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取工业纯铝、Al-20Mg合金、Al-10Fe合金、Al-10Ti合金和结晶硅，将上述原料放入熔炉中，在750℃进行加热熔融，通入氮气精炼5min后清除熔渣；
(2)向熔炉中加入Al-5Sb合金、CaO和Y2O3进行变质细化处理，经保温20min后再通入氮气精炼10min，随后清除熔渣，得到熔炼液；
(3)待熔炼液降温至700℃后，将其注入模具中并进行快速冷却成型，脱模后得到Al-Si合金粗锭；快速冷却的冷却速率为40℃/s；
(4)先将Al-Si合金粗锭在560℃下固溶处理4.5h，快速冷却后再在175℃下时效处理5h，经空冷后制得Al-Si合金锭。快速冷却的冷却速率为40℃/s。
该Al-Si合金锭，以质量百分比计，包括以下组分：Si 6.5％、Mg 0.4％、Fe 0.1％、Ti 0.1％、Sb 0.1％、Ca 0.1％、Y 0.5％，余量为Al。
实施例2
一种Al-Si合金锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取工业纯铝、Al-20Mg合金、Al-10Fe合金、Al-10Ti合金和结晶硅，将上述原料放入熔炉中，在760℃进行加热熔融，通入氮气精炼8min后清除熔渣；
(2)向熔炉中加入Al-5Sb合金、CaO和Y2O3进行变质细化处理，经保温25min后再通入氮气精炼12min，随后清除熔渣，得到熔炼液；
(3)待熔炼液降温至710℃后，将其注入模具中并进行快速冷却成型，脱模后得到Al-Si合金粗锭；快速冷却的冷却速率为50℃/s；
(4)先将Al-Si合金粗锭在560℃下固溶处理4.5h，快速冷却后再在175℃下时效处理5h，经空冷后制得Al-Si合金锭。快速冷却的冷却速率为50℃/s。
该Al-Si合金锭，以质量百分比计，包括以下组分：Si 6.9％、Mg 0.3％、Fe0.12％、Ti 0.08％、Sb 0.15％、Ca 0.06％、Y 1.3％，余量为Al。
实施例3
一种Al-Si合金锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取工业纯铝、Al-20Mg合金、Al-10Fe合金、Al-10Ti合金和结晶硅，将上述原料放入熔炉中，在760℃进行加热熔融，通入氮气精炼7min后清除熔渣；
(2)向熔炉中加入Al-5Sb合金、CaO和Y2O3进行变质细化处理，经保温20-30min后再通入氮气精炼12min，随后清除熔渣，得到熔炼液；
(3)待熔炼液降温至705℃后，将其注入模具中并进行快速冷却成型，脱模后得到Al-Si合金粗锭；快速冷却的冷却速率为50℃/s；
(4)先将Al-Si合金粗锭在560℃下固溶处理4.5h，快速冷却后再在175℃下时效处理5h，经空冷后制得Al-Si合金锭。快速冷却的冷却速率为50℃/s。
该Al-Si合金锭，以质量百分比计，包括以下组分：Si 7.1％、Mg 0.29％、Fe0.12％、Ti 0.07％、Sb 0.13％、Ca 0.06％、Y 1.2％，余量为Al。
实施例4
一种Al-Si合金锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取工业纯铝、Al-20Mg合金、Al-10Fe合金、Al-10Ti合金和结晶硅，将上述原料放入熔炉中，在780℃进行加热熔融，通入氮气精炼10min后清除熔渣；
(2)向熔炉中加入Al-5Sb合金、CaO和Y2O3进行变质细化处理，经保温30min后再通入氮气精炼15min，随后清除熔渣，得到熔炼液；
(3)待熔炼液降温至720℃后，将其注入模具中并进行快速冷却成型，脱模后得到Al-Si合金粗锭；快速冷却的冷却速率为60℃/s；
(4)先将Al-Si合金粗锭在560℃下固溶处理4.5h，快速冷却后再在175℃下时效处理5h，经空冷后制得Al-Si合金锭。快速冷却的冷却速率为60℃/s。
该Al-Si合金锭，以质量百分比计，包括以下组分：Si 7.5％、Mg 0.2％、Fe0.15％、Ti 0.05％、Sb 0.2％、Ca 0.05％、Y 1.5％，余量为Al。
对比例1
一种Al-Si合金锭的制备方法，与实施例3基本相同，区别在于：不加入CaO和Y2O3。
对比例2
一种Al-Si合金锭的制备方法，与实施例3基本相同，区别在于：只加入Sb和CaO。
对比例3
一种Al-Si合金锭的制备方法，与实施例3基本相同，区别在于：只加入Sb和Y2O3。
对比例4
一种Al-Si合金锭的制备方法，与实施例3基本相同，区别在于：快速冷却的冷却速率为10℃/s。
对比例5
一种Al-Si合金锭的制备方法，与实施例3基本相同，区别在于：快速冷却的冷却速率为100℃/s。
质量检测
1、按照GB/T228.1-2010标准，将实施例1-4和对比例1-5的制得的Al-Si合金锭加工成标准拉伸试样，并在试验机上进行室温拉伸力学性能，拉伸速率为0.6mm/min。具体结果如下表所示。
表1检测结果
| 类别 | 屈服强度，MPa | 抗拉强度，MPa | 延伸率，％ |
| 实施例1 | 282.5 | 378.4 | 12.1 |
| 实施例2 | 279.6 | 372.2 | 11.8 |
| 实施例3 | 294.3 | 386.5 | 12.7 |
| 实施例4 | 289.1 | 383.9 | 12.2 |
| 对比例1 | 250.5 | 312.4 | 9.4 |
| 对比例2 | 268.2 | 355.7 | 10.8 |
| 对比例3 | 262.3 | 351.6 | 10.5 |
| 对比例4 | 274.3 | 368.9 | 11.2 |
| 对比例5 | 272.5 | 365.7 | 11.4 |
从上表可以得出：
(1)对比例1-3中的试样在屈服强度和抗拉强度方面表现不如实施例3中的试样，说明Sb、CaO和Y2O3的配合使用，相较于Sb的单独使用或Sb/CaO、Sb/Y2O3双相使用，可以更好的提高Al-Si合金锭的整体质量；
(2)对比例4-5中的试样在屈服强度和抗拉强度方面表现略差于实施例3中的试样，说明通过快速冷却的方式可以减少气孔的数量，改善Al-Si合金锭的整体质量。
2、将实施例3和对比例1-5的制得的Al-Si合金锭进行导热率测试(试样尺寸：Φ13mm×5mm)。具体结果如下表所示。
表2测试结果
| 类别 | 导热率，W/(m·k) |
| 实施例3 | 195 |
| 对比例1 | 179 |
| 对比例2 | 183 |
| 对比例3 | 188 |
| 对比例4 | 166 |
| 对比例5 | 162 |
从上表可以得出：
(1)对比例1-3中的试样在导热率方面表现稍好于实施例3中的试样，说明Sb、CaO和Y2O3的配合使用，对提高Al-Si合金锭的导热率有积极影响；
(2)对比例4-5中的试样在导热率方面表现远不如实施例3中的试样，说明通过快速冷却的方式减少气孔的数量，可大幅度提高Al-Si合金锭的导热率。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种Al-Si合金锭，其特征在于，以质量百分比计，包括以下组分：Si6.5-7.5％、Mg0.2-0.4％、Fe 0.1-0.15％、Ti 0.05-0.1％、Sb 0.1-0.2％、Ca 0.05-0.1％、Y 0.5-1.5％，余量为Al。
2.如权利要求1所述的一种Al-Si合金锭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取铝源、镁源、铁源、钛源和硅源，将上述原料放入熔炉中进行加热熔融，通入氮气精炼后清除熔渣；
(2)向熔炉中加入锑源、钙源和钇源进行变质细化处理，经保温后再通入氮气精炼，随后清除熔渣，得到熔炼液；
(3)待熔炼液降温至700-720℃后，将其注入模具中并进行快速冷却成型，脱模后得到Al-Si合金粗锭；
(4)对Al-Si合金粗锭进行固溶处理，快速冷却后再进行时效处理，经空冷后制得Al-Si合金锭。
3.如权利要求2所述的一种Al-Si合金锭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，铝源为工业纯铝，镁源为Al-20Mg合金，铁源为Al-10Fe合金，钛源为Al-10Ti合金，硅源为结晶硅。
4.如权利要求2所述的一种Al-Si合金锭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加热熔融的温度为750-780℃，精炼时长为5-10min。
5.如权利要求2所述的一种Al-Si合金锭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，锑源为Al-5Sb合金、钙源为CaO，钇源为Y2O3。
6.如权利要求2所述的一种Al-Si合金锭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，保温时长为20-30min；精炼时长为10-15min。
7.如权利要求2所述的一种Al-Si合金锭的制备方法，其特征在于，步骤(3)至(4)中，快速冷却的冷却速率为40-60℃/s。
8.如权利要求2所述的一种Al-Si合金锭的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，固溶处理是在560℃下处理4.5h；时效处理是在175℃下处理5h。
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