CN1219900C - 过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法 - Google Patents

过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法。将过共晶铝硅合金熔化成液体，并在炉中过热到800℃-860℃，保温15-30分钟，扒去浮渣；加入由La、Ce、Nd、Pr、Y、P、Cu、Al组成的双重复合精变剂，并进行搅拌；然后，用惰性气体作10-30分钟吹炼搅拌，镇静孕育。用本方法熔炼的过共晶铝硅合金，可实现共晶硅和初晶硅双重变质，且初晶硅尺寸长期(8小时)维持在50um以下。精炼净化效果也能保持5-10小时，无污染。

Description

过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法
技术领域
本发明涉及一种过共晶铝硅合金双重变质方法。特别是涉及一种过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法。
背景技术
目前在过共晶铝硅合金变质精炼过程中，常规采用磷铜或偏磷酸钠等作为变质剂，变质效果不能维持长时间，初晶硅就会发生粗化。且常规过共晶铝硅合金变质，只能将初晶硅变质细化而不能变质基体中硅相，共晶硅仍呈片状，不能达到初晶硅和共晶硅双重变质的效果。精炼剂常用盐类，这些精炼剂在精炼时会产生有毒气体，导致严重的环境污染，影响人体健康。而且往往精炼和变质要分二道处理工序进行，不能做到精炼和变质复合进行。
为解决以上问题，有人曾采用磷-硫或磷-钠复合变质，氯盐或钠盐精炼。效果不太显著，不能完全解决绿色、长效、双重和复合变质精炼的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种绿色、长效的过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法。
本发明的另一目的是提供一种适用于过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法的绿色、长效的双重复合变质精炼剂。
本发明是通过以下步骤实现的：
1)将过共晶铝硅合金熔化成液体；
2)合金液体在炉中过热到800℃～860℃，保温15～30分钟，扒去浮渣；
3)在780℃～860℃温度范围内加入双重复合精变剂，该双重复合精变剂由La、Ce、Nd、Pr、Y、P、Cu和Al组成，其中(La+Ce+Nd+Pr+Y+P)的重量百分比为5～20％，各元素重量百分比分别为：La1～5％、Ce1～5％、Nd0.1～2％、Pr0.1～2％、Y0～1％、P1～10％、Cu10～30％和Al55～80％。加入后进行搅拌，使双重复合精变剂充分熔入铝合金液体中，双重复合精变剂加入量为铝合金熔液的0.3～10％；
4)在740℃～800℃温度范围内用惰性气体进行10～30分钟吹炼搅拌；
5)镇静孕育30分钟，可得双重变质精炼的过共晶铝硅合金熔液。
本发明的另一任务是这样实现的：采用由La、Ce、Nd、Pr、Y、P、Cu和Al组成的双重复合精变剂，其中(La+Ce+Nd+Pr+Y+P)的重量百分比为5～20％。
由于本发明采用了含有稀土和磷的双重复合精变剂，P是初晶硅的主要变质元素，P在过共晶铝硅合金熔液中形成的AlP化合物为硅非均质成核核心。但AlP质点易于聚集，故单纯用P变质不能长效变质。RE原子在AlP非均质核心周围，阻止AlP核聚集，且不同的La、Ce、Nd、Pr配比组成的RE效果不同，因此RE和P的共同作用使变质后初晶硅晶体尺寸长期(8小时)维持在50um以下，不发生粗化，并在重熔后仍保持变质效果。
RE元素沿硅晶体固液界面前沿周围富集，与硅晶体中缺陷形成众多孪晶面，抑制硅的择优生长，使共晶硅由片状变成水草状，从而细化变质共晶硅。并能长时间保持变质效果，且在重熔后仍保持变质效果。
由于RE元素的高电负性和高表面活性，在过共晶铝硅合金熔液表面形成致密的保护膜，阻止了铝液的氧化、吸气及和水汽的反应，同时RE极易与Al、H2形成氢化物，所以具有好的固氢特性。RE与铝液中的Al2O3等夹杂物反应，将Al从夹杂物中还原出来，减少了铝液的氢含量和夹杂物，使过共晶铝硅合金熔液净化，并能持续保持6-10小时。
RE与铝液中的Al2O3反应，还原了部分铝；简化工序减少了铝的烧损，从而降低了生产成本。
采用本方法处理过共晶铝硅合金熔液不对环境造成任何污染，实现了绿色清洁集约化生产。
具体实施方式
现将本发明的具体实施方式叙述于后。
                          实施例一
将铸造SP系列汽车空调压缩机斜板零件所用390合金熔化成液体，在炉中过热到820℃～840℃，保温15分钟，扒去浮渣。在800℃～840℃温度范围
  未变质   CuP变质    本发明
  抗拉强度σbMPa     256     283     302
  延伸率δ5％     0.2     0.5     0.6
  硬度HB     122     131     140～150
  初晶硅平均尺寸um     208     53     34
内加入由La、Ce、Nd、Pr、Y、P、Cu和Al组成的双重复合精变剂，并进行搅拌，使双重复合精变剂充分熔入铝合金液体中，双重复合精变剂加入量为铝合金熔液的0.8～5％。在740℃～800℃温度范围内用惰性气体进行15分钟吹炼搅拌。镇静孕育30分钟，可得双重变质精炼的过共晶铝硅合金熔液。变质效果能维持4～8小时，重熔后仍能保持变质效果。精炼效果能维持5～10小时。铸件针孔度达1级。下表列出各种变质后的机械性能：
                         实施例二
将铸造汽车空调压缩机V5缸体用ADC14合金熔化成液体，在炉中过热到820℃～840℃，保温20分钟，扒去浮渣。在800℃～840℃温度范围内加入由La、Ce、Nd、Pr、Y、P、Cu和Al组成的双重复合精变剂，并进行搅拌。双重复合精变剂中各元素重量百分比分别为：La1～5％、Ce1～5％、Nd0.1～2％、Pr0.1～2％、Y0～1％、P1～10％、Cu10～30％和Al55～80％，加入量为铝合金熔液的0.3～10％。在740℃～800℃温度范围内用脱水的氮气进行20分钟吹炼搅拌。镇静孕育30分钟，即可达到双重变质精炼的效果。变质效果能维持6～8小时，重熔后仍能保持变质效果。精炼效果能维持6～10小时，无污染。压铸后废品率低于2％。变质后T6、T7态的机械性能如下表：
  热处理状态   抗拉强度σbMPa   延伸率5％     硬度HB
    T6     ＞303     0.5    145～150
    T7     -     -    110～115
                         实施例三
将汽车空调7V16缸体用R14(Si14～16％)合金熔化成液体，在炉中过热到800℃～860℃，保温20分钟，扒去浮渣。在800℃～840℃温度范围内加入由La、Ce、Nd、Pr、Y、P、Cu和Al组成的双重复合精变剂，并进行搅拌。双重复合精变剂中各元素重量百分比分别为：La1～5％、Ce1～5％、Nd0.1～2％、Pr0.1～2％、Y0～1％、P1～10％、Cu10～30％和Al55～80％，加入量为铝合金熔液的0.8～5％。在740℃～800℃温度范围内用脱水的氩气进行25分钟吹炼搅拌。镇静孕育30分钟，变质效果能维持6～8小时，无污染，重熔后仍能保持变质效果。精炼效果能维持6～10小时。压铸生产后铸件的测试数据列于下表：
  CuP变质   本发明
  抗拉强度σbMPa     283     300
  延伸率δ5％     0.5     0.5
  硬度HB     134     152
  金相组织     初晶硅变质，共晶硅片状     初晶硅变质，共晶硅点状或杆状
  初晶硅平均尺寸um     51     36
  缩松程度     一般     低
  机械加工性能     良     优
  加工合格率     83％     100％
                         实施例四
将Al-Si(18％)合金熔化成液体，在炉中过热到800℃～860℃，保温15分钟，扒去浮渣。在780℃～860℃温度范围内加入由La、Ce、Nd、Pr、Y、P、Cu和Al组成的双重复合精变剂，其中(La+Ce+Nd+Pr+Y+P)的重量百分比为5～20％，精变剂加入量为铝合金熔液的0.3～10％。并进行搅拌，使双重复合精变剂充分熔入铝合金液体中。在740℃～800℃温度范围内用纯氩进行15分钟吹炼搅拌。镇静孕育30分钟，可得双重变质精炼的过共晶铝硅合金熔液，无污染。初硅平均尺寸随保温时间的变化列于下表：
保温0.5h初晶硅平均尺寸um 保温2h初晶硅平均尺寸um 保温4h初晶硅平均尺寸um 保温6h初晶硅平均尺寸um
  未变质     203     206     209     213
  CuP变质     51     94     ＞100     ＞100
  本发明     33     34     36     39

Claims (6)

1.一种过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法，主要包括以下步骤：
1)将过共晶铝硅合金熔化成液体；
2)合金液体在炉中过热到800℃～860℃，保温15～30分钟，扒去浮渣；
3)在780℃～860℃温度范围内加入双重复合精变剂，该双重复合精变剂由La、Ce、Nd、Pr、Y、P、Cu和Al组成，其中(La+Ce+Nd+Pr+Y+P)的重量百分比为5～20％，各元素重量百分比分别为：La1～5％、Ce1～5％、Nd0.1～2％、Pr0.1～2％、Y0～1％、P1～10％、Cu10～30％和Al55～80％。加入后进行搅拌，使双重复合精变剂充分熔入铝合金液体中，双重复合精变剂加入量为铝合金熔液的0.3～10％；
4)在740℃～800℃温度范围内用惰性气体进行10～30分钟吹炼搅拌；
5)镇静孕育30分钟，可得双重变质精炼的过共晶铝硅合金熔液。
2.按权利要求1所述的过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法，其特征在于所述的合金液体在炉中过热到温度为820℃～840℃。
3.按权利要求1所述的过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法，其特征在于所述的加入双重复合精变剂的温度为800℃～840℃。
4.按权利要求1所述的过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法，其特征在于所述的双重复合精变剂加入量为铝合金熔液的0.8～5％。
5.按权利要求1所述的过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法，其特征在于所述的用惰性气体进行吹炼搅拌的温度范围为750℃～780℃。
6.权利要求1所述的过共晶铝硅合金双重复合变质精炼方法，其特征在于所述的惰性气体为脱水的氩气或氮气。
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