CN1405345A - 熔体温度处理细化亚共晶铝硅合金晶粒方法 - Google Patents
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Abstract
熔体温度处理细化亚共晶铝硅合金晶粒方法属于连续铸造领域。方法具体如下：采用两个电阻炉和石墨坩埚进行高低温熔体的熔化，将铝合金放入高低温两容器中升温熔化温度，在合金开始熔化时加入1％－5％保护熔剂；将低温熔体迅速转移已经预热到600℃－650℃的熔化炉中降温，高温熔体则升温到850℃－950℃；扒去熔体表面熔剂膜，迅速将高温熔体浇入低温熔体中形成混合熔体；混合停留45秒至90秒后进行浇铸。本发明无需专用设备，细化效率很高，能够在较低成本的前提下大幅度地提高铝硅合金的力学性能，非常适合大规模工业生产，操作易行，无环境污染，保护性熔剂克服了熔体温度处理技术本身的诸多缺陷，使亚共晶铝硅合金拉伸强度平均提高40％，延伸率提高10％左右。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种处理细化亚共晶铝硅合金晶粒方法，特别是一种熔体温度处理细化亚共晶铝硅合金晶粒方法，属于连续铸造领域。
背景技术
对铝硅合金凝固组织细化工艺的研究，一直是金属材料学研究的一个活跃领域。金属组织细化目前采用的方法主要有两类：第一类是在液态金属中加入细化剂的化学细化法；第二类是对金属凝固过程进行动力学处理的物理细化法。化学细化法具有效果明显、操作简单的特点，但是在细化的同时会在合金中掺入其他的杂质元素，影响合金的纯净度和以往的性能；物理细化法虽然效果也比较好，但是要求有专用设备，操作复杂，成本很高，不适合大规模工业生产。熔体温度处理技术是物理细化的一种，该技术不需要专用设备，因而有望成为在工业生产中广泛运用的细化工艺。经文献检索发现，西北工业大学的坚增运等人在《中国有色金属学报》1995(5)，P133-136上撰文《Al-18％Si合金的温度处理》，该文提到利用该技术对过共晶铝硅合金的细化进行了初步研究，发现该工艺可以显著细化初生硅相的尺寸，并且发现高低温熔体温度等参数对该工艺的作用效果有较大影响。但是在该技术的实际使用中，我们发现经过该技术处理过的熔体有高含氢量、多夹杂、重氧化等问题，导致金属的力学性能得不到明显的提高。
发明内容和具体实施方式
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种熔体温度处理细化亚共晶铝硅合金晶粒方法，改善了原技术的工艺流程，引进了新型保护性熔剂，使其提高材料力学性能，解决背景技术中的问题，且还具有提高合金力学性能和铸造性能的辅助效果。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用保护性熔剂作为助熔剂和精炼剂，并起到去除夹杂和防止氧化作用，其组元主要为氟化物、氯化物，还包括稀土化合物添加物，具体重量百分比为：NaCl：30％，KCl：30％，LaCl3：5％，CeCl3：5％，LaF3：5％，CeF3：5％，Na2CO3：5％，其它：15％，其中氟化物起精炼作用，氯化物作为覆盖剂，而稀土化合物可以起到细化作用。
本发明方法具体如下：
(1)采用两个电阻炉和石墨坩埚进行高低温熔体的熔化，将铝合金放入高低温两容器中升温熔化温度，在合金开始熔化时加入1％-5％保护熔剂；
(2)将低温熔体迅速转移已经预热到600℃-650℃的熔化炉中降温，高温熔体则升温到850℃-950℃；
(3)扒去熔体表面熔剂膜，迅速将高温熔体浇入低温熔体中形成混合熔体；
(4)混合停留45秒至90秒后进行浇铸。
以下对本发明作进一步的描述：
(1)将两个石墨坩埚放入烘箱中烘干后，分别放入合金材料并置于熔点以上100℃开始熔化，在合金熔化开始时将熔剂均匀喷洒于熔体表面，其熔剂的用量视熔体最高熔化温度而定，熔体熔化温度越高，则用量越大，最高不超过5％。本发明中，高温熔体的温度达到950℃，则采用5％熔剂，在720℃温度下熔化，采用1％熔剂。
(2)当两坩埚内熔体完全熔化后，保温使其熔体组织均匀，然后将装盛低温熔体的坩埚迅速从高温炉中取出，放入已经预热到低温熔体温度的低温炉中进行降温，高温炉则升温至高温熔体温度，升温过程中保持密闭以减少氧化并保持熔体表面的熔剂薄膜不破裂，然后进行保温静置。
低温熔体的温度一般设置于合金熔点以上10℃到60℃，对于工业亚共晶Al-Si合金，其低温熔体温度范围一般在600℃-650℃。高温熔体的温度最低应该超过850℃，若低于这一温度，则该方法作用不明显，而高于1000℃则难以达到。对于工业亚共晶Al-Si合金，高温温度一般设置在850℃-950℃。高低温炉的设定温度一般应该比熔体实际温度高10℃。升温过程中保持密闭以减少氧化并保持熔体表面的熔剂薄膜不破裂，升温和降温的过程所需时间视合金成分和气候条件而定，常用工业合金A356和A319在常温20℃下一般需要1小时。
(3)开炉后迅速扒去高低温熔体表面的熔剂膜，将高温熔体从高温炉中取出，直接浇入低温炉中的低温熔体中，如能在浇入过程中或过程后进行适当搅拌则效果更佳，混合后的混合温度应保持在750℃。
(4)混合后封闭炉盖进行少许停留，停留时间一般设定在45秒至90秒，60秒时其作用效果最佳，将混合熔体浇入在250℃下预热24小时的金属模具中形成试样或成品，浇铸温度应控制在720℃。
熔体温度处理工艺是通过一定温度的高温熔体和相应的低温熔体混合后进行浇注的一种新型组织细化工艺。低温下的Al-Si合金溶液是一种含有大量Si原子和Al原子偏聚团存在的非均匀熔体，而高温下的Al-Si合金液则是接近于理想状态的均匀液体。高低温金属熔体相混后，低温熔体被快速加热，高温熔体被迅速冷却，这使得混合后的金属熔体，是一种既具有高温熔体均匀分布性质，又具有低温熔体原子偏聚性质的混合体，其中初生硅原子偏聚团的存在使合金凝固时结晶核心数目大大增加，从而起到细化晶粒的作用。但是，熔体温度处理技术伴有高温熔体易氧化，混合后夹杂增多等缺点，为了克服熔体温度处理技术的这些缺点，本发明创新性地采用了新型保护性熔剂，在精炼的过程中同时起到保护除杂的效果。经过处理后的熔体很好地克服了原技术中的缺陷，并且起到强化合金性能的作用。
本发明具有实质性特点和显著进步，熔体温度处理工艺是物理细化的一种，但并不要专用设备，细化效率很高，能够在较低成本的前提下大幅度地提高铝硅合金的力学性能，非常适合大规模工业生产，并且本工艺所使用的装置简单，操作易行，可实现熔体的连续净化细化处理，成本低廉，无环境污染；本发明保护性熔剂的使用恰到好处地克服了熔体温度处理技术本身的诸多缺陷，从而形成了一套完善的制备和细化亚共晶铝硅合金的技术，经过熔体温度处理的亚共晶铝硅合金，其晶粒形貌由原来参差不齐、一次枝晶粗大的树枝状晶变为细小的等轴状晶，呈均匀的贝状和玫瑰花状，合金中的共晶硅相由原来的大块针状混合体变为附着在初生α-铝相晶界上的细小羽毛状物，其拉伸强度平均提高40％，延伸率提高10％左右。
结合本发明的内容提供以下实施例
以下实施例中采用的合金均为亚共晶铝硅合金A319，本发明具体实施效果如下表所示：
| 实施例 | 试样工艺 | 拉伸强度(MPa) | 延伸率 |
| 1 | 720℃下常规熔炼 | 145.5±2.5 | 1.91±0.07 |
| 2 | 使用熔体温度处理技术，高温熔体900℃，低温熔体630℃，混合后停留时间60秒，熔剂用量高温熔体3％，低温熔体1％ | 205±17.5 | 2.20±0.30 |
| 3 | 使用熔体温度处理技术，高温熔体850℃，低温熔体600℃，混合后停留时间90秒，熔剂用量各1％ | 191±15.0 | 2.22±0.08 |
| 4 | 使用熔体温度处理技术，高温熔体950℃，低温熔体650℃，混合后停留时间45秒，熔剂用量低温熔体1％，高温熔体5％，并在混合后进行搅拌 | 197±9.0 | 2.14±0.72 |
Claims (3)
1、一种熔体温度处理细化亚共晶铝硅合金晶粒方法，其特征在于方法具体如下：
(1)采用两个电阻炉和石墨坩埚进行高低温熔体的熔化，将铝合金放入高低温两容器中升温熔化温度，在合金开始熔化时加入1％-5％保护熔剂；
(2)将低温熔体迅速转移已经预热到600℃-650℃的熔化炉中降温，高温熔体则升温到850℃-950℃；
(3)扒去熔体表面熔剂膜，迅速将高温熔体浇入低温熔体中形成混合熔体；
(4)混合停留45秒至90秒后进行浇铸。
2、根据权利要求1所述的这种熔体温度处理细化亚共晶铝硅合金晶粒方法，其特征是以下对方法所作的进一步的描述：
(1)将两个电阻炉和石墨坩埚放入烘箱中烘干后，分别放入合金材料并置于熔点以上100℃开始熔化，在合金熔化开始时将熔剂均匀喷洒于熔体表面，其熔剂的用量视熔体最高熔化温度而定，熔体熔化温度越高，则用量越大，最高低于5％，高温熔体的温度达到950℃，则采用5％熔剂，在720℃下熔化，采用1％熔剂；
(2)当两坩埚内熔体完全熔化后，保温使其熔体组织均匀，然后将装盛低温熔体的坩埚迅速从高温炉中取出，放入已经预热到低温熔体温度的低温炉中进行降温，高温炉则升温至高温熔体温度，升温过程中保持密闭，高低温炉的设定温度比熔体实际温度高10℃，然后进行保温静置；
(3)开炉后迅速扒去高低温熔体表面的熔剂膜，将高温熔体从高温炉中取出，直接浇入低温炉中的低温熔体中，在浇入过程中或过程后进行适当搅拌则效果更佳，混合后的混合温度保持在750℃；
(4)混合后封闭炉盖进行少许停留，停留时间设定在45秒至90秒，最佳停留时间为60秒，将混合熔体浇入在250℃下预热24小时的金属模具中形成试样或成品，浇铸温度控制在720℃。
3、根据权利要求1或2所述的这种熔体温度处理细化亚共晶铝硅合金晶粒方法，其特征是低温熔体的温度设置于合金熔点以上10℃到60℃，对于工业亚共晶Al-Si合金，其低温熔体温度范围在600℃-650℃，高温熔体的温度高于850℃，对于工业亚共晶Al-Si合金，高温温度设置在850℃-950℃，常用工业合金A356和A319的升温和降温过程在常温20℃下为1小时。
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