一種近共晶鑄造鋁硅合金組織控制方法
【專利摘要】一種近共晶鑄造鋁硅合金的組織控制方法，以工業(yè)純鋁、ZL102、Al-Sr、Al-B及Al-La、Al-Ce和Al-Re三者中的一種為原料，并按各成分的質(zhì)量百分比為：Si：9-12%；B：0.05%-0.5%；La、Ce或RE：0.01%-0.1%；Sr：0.02-0.03%；余量為Al進(jìn)行備料，再進(jìn)行以下步驟的熔煉：原料預(yù)熱，空爐升溫后加入ZL102和工業(yè)純鋁，升溫熔化；加入原料總質(zhì)量的0.4-0.6%無(wú)鈉精煉劑；采用硼和稀土聯(lián)合細(xì)化的方法對(duì)步驟2處理后的熔體進(jìn)行處理；對(duì)熔體進(jìn)行二次精煉處理；降溫至690-700℃，溫度穩(wěn)定后加入Al-Sr變質(zhì)劑，將其壓入熔體底部，攪拌使其充分溶入熔體；700℃下保溫10-20分鐘，然后升溫至720-730℃，將熔體澆入已在200-250℃預(yù)熱的金屬型模具中，待冷卻后取出鑄件。
【專利說(shuō)明】一種近共晶鑄造鋁硅合金組織控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及近共晶鋁硅合金組織控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]細(xì)晶強(qiáng)化是提高材料力學(xué)性能最重要方法之一，鑄造鋁合金是通過(guò)向其中添加細(xì)化劑的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化。目前常見(jiàn)的鋁合金細(xì)化劑主要有二元Al-T1、Al-B等合金、三元Al-T1-B、A1-T1-C等合金以及以KBF4、K2ZrF6等為主要成分的復(fù)合鹽。然而，這些細(xì)化劑在應(yīng)用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)細(xì)化衰退、細(xì)化元素與其他元素交互作用如B與Sr的“毒化”現(xiàn)象。如何解決這些細(xì)化劑的交互作用，從而成分發(fā)揮細(xì)化劑作用，對(duì)于提高鑄造鋁硅合金力學(xué)性能是十分必要的。
[0003]稀土元素作為“工業(yè)維生素”，同樣被廣泛應(yīng)用于高性能鑄造鋁硅合金的開(kāi)發(fā)中。研究發(fā)現(xiàn)稀土 Sc、Y對(duì)鋁合金具有明顯細(xì)化作用，但是它們價(jià)格高、不易應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。本發(fā)明用普通稀土 La、Ce以及RE與B聯(lián)合加入來(lái)代替Sc、Y，試圖解決B與Sr “毒化”現(xiàn)象，并發(fā)揮普通稀土與硼共同作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠細(xì)化初生鋁的近共晶鋁硅合金組織控制方法，試圖解決硼和鍶“毒化”作用，以及用普通稀土代替貴重稀土。在保證變質(zhì)效果的同時(shí)獲得細(xì)小等軸狀初生鋁。
[0005]為了到達(dá)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種近共晶鑄造鋁硅合金的組織控制方法，以工業(yè)純鋁、ZL102、Al-Sr, Al-B及Al-La、Al-Ce和Al-Re三者中的一種為原料，并按各成分的質(zhì)量百分比為:S1:9-12% ;B:0.05%-0.5% ;La、Ce 或 RE:0.01%-0.1% ；Sr:0.02-0.03% ;余量為 Al 進(jìn)行備料，再進(jìn)行以下步驟的熔煉:
步驟1:將配好的原料在200-250°C預(yù)熱，使用坩堝電阻爐進(jìn)行熔煉，先空爐升溫至550-600°C加入已預(yù)熱的ZL102和工業(yè)純鋁，然后升溫至740_760°C保溫10-15分鐘以充分使其熔化獲得熔體；
步驟2:完全熔化后將熔體溫度降至710-730°C，向熔體中加入原料總質(zhì)量的0.4-0.6%無(wú)鈉精煉劑，無(wú)鈉精煉劑加入之前于烘箱中烘干并用鋁箔包裝好，加入時(shí)將外包鋁箔的無(wú)鈉精煉劑的壓入熔體底部，不斷攪拌使其充分熔化，并于720-730°C保溫15-30分鐘；
步驟3:采用硼和稀土聯(lián)合細(xì)化的方法對(duì)步驟2處理后的熔體進(jìn)行處理，所述硼和稀土聯(lián)合細(xì)化的方法為:待步驟2保溫結(jié)束后將溫度降至700-710°C，向熔體中加入A1-B，待溫度回到700-710°C后，向熔體中添加稀土中間合金Al-10La、Al-1OCe或Al-1ORe ；
步驟4對(duì)步驟3處理后的熔體進(jìn)行二次精煉處理，所述的二次精煉處理為:在步驟3處理后的熔體中再次加入無(wú)鈉精煉劑,無(wú)鈉精煉劑的加入量為爐料總質(zhì)量的0.2-0.3%，無(wú)鈉精煉劑加入之前于烘箱中烘干并用鋁箔包裝好，加入時(shí)將外包鋁箔的無(wú)鈉精煉劑的壓入熔體底部，不斷攪拌使其充分熔化，并于720-730°C保溫10-15分鐘；
步驟5變質(zhì)處理:步驟4保溫完畢后降溫至690-70(TC，溫度穩(wěn)定后加入Al-Sr變質(zhì)劑，將其壓入熔體底部，攪拌使其充分溶入熔體；
步驟6澆注:變質(zhì)處理后700°C下保溫10-20分鐘，然后升溫至720-730°C，將熔體澆入已在200-250°C預(yù)熱的金屬型模具中，待冷卻后取出鑄件。
[0006]本發(fā)明方法的有益效果為:
(I)、添加硼和稀土的細(xì)化方法，可以抑制細(xì)化元素硼與變質(zhì)元素鍶之間的“毒化”現(xiàn)象。當(dāng)不添加稀土只添加硼來(lái)細(xì)化時(shí)，發(fā)生了“毒化”作用，即降低了起有效細(xì)化作用的硼以及有效變質(zhì)作用的鍶兩種元素的含量，從而會(huì)削弱變質(zhì)和細(xì)化的效果。如具體實(shí)施例和附圖所示，添加稀土則抑制了“毒化”作用的發(fā)生，使細(xì)化和變質(zhì)作用更加明顯，由原來(lái)粗大發(fā)達(dá)樹(shù)枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄叽缂s為30-60微米的等軸晶，并使共晶硅完全變?yōu)槔w維狀。
[0007](2)本發(fā)明采用的是稀土 La、Ce以及混合稀土，此類稀土資源豐富，價(jià)格便宜，并且與硼聯(lián)合發(fā)揮細(xì)化作用，可以取代貴重稀土 Sc、Y。
[0008](3)、通過(guò)二次精煉處理、變質(zhì)處理及工藝中溫度時(shí)間參數(shù)的選擇，結(jié)合硼和稀土良好的細(xì)化作用，有利于提高鑄造鋁硅二元合金綜合性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1添加硼未添加稀土元素Al-1lSi低倍金相組織照片。
[0010]圖2添加硼未添加稀土元素Al-1lSi高倍金相組織照片。
[0011]圖3實(shí)施例1聯(lián)合添加硼和稀土鑭細(xì)化Al-1lSi合金低倍金相組織照片。
[0012]圖4實(shí)施例1聯(lián)合添加硼和稀土鑭細(xì)化Al-1lSi合金高倍金相組織照片。
[0013]圖5實(shí)施例2聯(lián)合添加硼和稀土鈰細(xì)化Al-1lSi合金低倍金相組織照片。
[0014]圖6實(shí)施例2聯(lián)合添加硼和稀土鈰細(xì)化Al-1lSi合金高倍金相組織照片。
[0015]圖7實(shí)施例3聯(lián)合添加硼和混合稀土細(xì)化Al-1lSi合金低倍金相組織照片。
[0016]圖8實(shí)施例3聯(lián)合添加硼和混合稀土細(xì)化Al-1lSi合金高倍金相組織照片。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]一種近共晶鑄造鋁硅合金的組織控制方法，以工業(yè)純鋁、ZL102、Al-Sr, Al-B及Al-La、Al-Ce和Al-Re三者中的一種為原料，并按各成分的質(zhì)量百分比為:S1:9-12% ;B:
0.05%-0.5% ;La、Ce 或 RE:0.01%-0.1% ；Sr:0.02-0.03% ;余量為 Al 進(jìn)行備料，再進(jìn)行以下步驟的熔煉:
步驟1:將配好的原料在200-250°C預(yù)熱，使用坩堝電阻爐進(jìn)行熔煉，先空爐升溫至550-600°C加入已預(yù)熱的ZL102和工業(yè)純鋁，然后升溫至740_760°C保溫10-15分鐘以充分使其熔化獲得熔體；
步驟2:完全熔化后將熔體溫度降至710-730°C，向熔體中加入原料總質(zhì)量的0.4-0.6%無(wú)鈉精煉劑，無(wú)鈉精煉劑加入之前于烘箱中烘干并用鋁箔包裝好，加入時(shí)將外包鋁箔的無(wú)鈉精煉劑的壓入熔體底部，不斷攪拌使其充分熔化，并于720-730°C保溫15-30分鐘；所述無(wú)鈉精煉劑采用徐州華中鋁業(yè)有限公司生產(chǎn)并出售的無(wú)鈉精煉劑。[0019]步驟3:采用硼和稀土聯(lián)合細(xì)化的方法對(duì)步驟2處理后的熔體進(jìn)行處理，所述硼和稀土聯(lián)合細(xì)化的方法為:待步驟2保溫結(jié)束后將溫度降至700-710°C，向熔體中加入A1-B，待溫度回到700-710°C后，向熔體中添加稀土中間合金Al-10La、Al-1OCe或Al-1ORe ；
步驟4對(duì)步驟3處理后的熔體進(jìn)行二次精煉處理，所述的二次精煉處理為:在步驟3處理后的熔體中再次加入無(wú)鈉精煉劑,無(wú)鈉精煉劑的加入量為爐料總質(zhì)量的0.2-0.3%，無(wú)鈉精煉劑加入之前于烘箱中烘干并用鋁箔包裝好，加入時(shí)將外包鋁箔的無(wú)鈉精煉劑的壓入熔體底部，不斷攪拌使其充分熔化，并于720-730°C保溫10-15分鐘；
步驟5變質(zhì)處理:步驟4保溫完畢后降溫至690-70(TC，溫度穩(wěn)定后加入Al-Sr變質(zhì)劑，將其壓入熔體底部，攪拌使其充分溶入熔體；
步驟6澆注:變質(zhì)處理后700°C下保溫10-20分鐘，然后升溫至720-730°C，將熔體澆入已在200-250 V預(yù)熱的金屬型模具中，待冷卻后取出鑄件。
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，不能以下實(shí)施例來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]實(shí)施例1
按照上述步驟制備 鑄造鋁硅合金，步驟I)中設(shè)定成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為，S1:11%，其余為Al。步驟3)中稀土選用鑭，以中間合金Al-1OLa形式加入，B和La的添加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.03%-0.05%和0.05%-0.1%。如圖3所示，獲得硼和稀土鑭聯(lián)合細(xì)化制備的鑄造Al-1lSi合金。獲得平均大小為40-50微米的呈等軸狀初生鋁，同時(shí)共晶硅變質(zhì)效果相當(dāng)，可見(jiàn)圖4。
[0022]實(shí)施例2
按照上述步驟制備鑄造鋁硅合金，步驟I)中設(shè)定成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為，S1:11%，其余為Al。步驟3)中稀土選用鈰，以中間合金Al-1OCe形式加入，B和Ce的添加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為
0.03%-0.05%和0.05%-0.15%。如圖5所示，獲得硼和稀土鈰聯(lián)合細(xì)化制備的鑄造Al-1lSi合金。獲得平均大小為35-45微米的呈等軸狀初生鋁，同時(shí)共晶硅變質(zhì)效果相當(dāng)，可見(jiàn)圖6。
[0023]實(shí)施例3
按照上述步驟制備鑄造鋁硅合金，步驟I)中設(shè)定成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為，S1:11%，其余為Al。步驟3)中稀土選用混合稀土，以中間合金Al-1ORe形式加入，B和Re的添加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.03%-0.05%和0.08%0.12%。如圖7所示，獲得硼和混合稀土聯(lián)合細(xì)化制備的鑄造Al-1lSi合金。獲得平均大小為30-40微米的呈等軸狀初生鋁，同時(shí)共晶硅變質(zhì)效果相當(dāng)，可見(jiàn)圖8。
[0024]參考圖1為Al-1lSi添加硼未添加稀土低倍金相照片，照片中白色為粗大發(fā)達(dá)初生鋁，黑色為纖維狀共晶硅。
[0025]參考圖2為Al-1lSi添加硼未添加稀土高倍金相照片，主要反應(yīng)了共晶硅形態(tài)，變
質(zhì)效果一般。
[0026]參考圖3為Al-1lSi添加硼添加稀土鑭的低倍金相照片，照片中白色為細(xì)小等軸狀初生鋁，黑色為纖維狀共晶硅。
[0027]參考圖4為Al-1lSi添加硼添加稀土鑭的高倍金相照片，照片主要反應(yīng)共晶硅形態(tài)，變質(zhì)較未加稀土的效果更好。
[0028]參考圖5為Al-1lSi添加硼添加稀土鈰的低倍金相照片，照片中白色為細(xì)小等軸狀初生鋁，黑色為纖維狀共晶硅。[0029]參考圖6為Al-1lSi添加硼添加稀土鈰的高倍金相照片，主要反應(yīng)共晶硅形態(tài)，變質(zhì)較未加稀土的效果更好。
[0030]參考圖7為Al-1lSi添加硼添加混合稀土的低倍金相照片，照片中白色為細(xì)小等軸狀初生鋁，黑色為纖維狀共晶硅。 [0031]參考圖8為Al-1lSi添加硼添加混合稀土的高倍金相照片，主要反應(yīng)共晶硅形態(tài)，變質(zhì)較未加稀土的效果更好。
【權(quán)利要求】
1.一種近共晶鑄造鋁硅合金的組織控制方法，其特征在于，以工業(yè)純鋁、ZL102、A1-Sr、Al-B及Al-La、Al-Ce和Al-Re三者中的一種為原料，并按各成分的質(zhì)量百分比為:Si:9-12% ；B:0.05%-0.5% ;La、Ce 或 RE:0.01%-0.1% ；Sr:0.02-0.03% ;余量為 Al 進(jìn)行備料，再進(jìn)行以下步驟的熔煉: 步驟1:將配好的原料在200-250°C預(yù)熱，使用坩堝電阻爐進(jìn)行熔煉，先空爐升溫至550-600°C加入已預(yù)熱的ZL102和工業(yè)純鋁，然后升溫至740_760°C保溫10-15分鐘以充分使其熔化獲得熔體； 步驟2:完全熔化后將熔體溫度降至710-730°C，向熔體中加入原料總質(zhì)量的0.4-0.6%無(wú)鈉精煉劑，無(wú)鈉精煉劑加入之前于烘箱中烘干并用鋁箔包裝好，加入時(shí)將外包鋁箔的無(wú)鈉精煉劑的壓入熔體底部，不斷攪拌使其充分熔化，并于720-730°C保溫15-30分鐘； 步驟3:采用硼和稀土聯(lián)合細(xì)化的方法對(duì)步驟2處理后的熔體進(jìn)行處理，所述硼和稀土聯(lián)合細(xì)化的方法為:待步驟2保溫結(jié)束后將溫度降至700-710°C，向熔體中加入A1-B，待溫度回到700-710°C后，向熔體中添加稀土中間合金Al-10La、Al-1OCe或Al-1ORe ； 步驟4對(duì)步驟3處理后的熔體進(jìn)行二次精煉處理，所述的二次精煉處理為:在步驟3處理后的熔體中再次加入無(wú)鈉精煉劑,無(wú)鈉精煉劑的加入量為爐料總質(zhì)量的0.2-0.3%，無(wú)鈉精煉劑加入之前于烘箱中烘干并用鋁箔包裝好，加入時(shí)將外包鋁箔的無(wú)鈉精煉劑的壓入熔體底部，不斷攪拌使其充分熔化，并于720-730°C保溫10-15分鐘； 步驟5變質(zhì)處理:步驟4保溫完畢后降溫至690-70(TC，溫度穩(wěn)定后加入Al-Sr變質(zhì)劑，將其壓入熔體底部，攪拌使其充分溶入熔體； 步驟6澆注:變質(zhì)處 理后700°C下保溫10-20分鐘，然后升溫至720-730°C，將熔體澆入已在200-250°C預(yù)熱的金屬型模具中，待冷卻后取出鑄件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近共晶鑄造鋁硅合金的組織控制方法，其特征在于，無(wú)鈉精煉劑采用徐州華中鋁業(yè)有限公司生產(chǎn)并出售的無(wú)鈉精煉劑。
【文檔編號(hào)】C22C21/04GK103938004SQ201410186765
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】陸韜, 潘冶, 陶詩(shī)文, 陳宇 申請(qǐng)人:東南大學(xué)