一種稀土Er變質AlSiCu合金的方法與流程
2023-05-05 03:20:59 3
本發明屬於鋁合金鑄造技術領域，特別涉及AlSiCu合金變質處理方法。
背景技術：
亞共晶鋁矽合金的密度低，鑄造性能好，力學性能高，能鑄造複雜形狀的高強度鑄件，其在汽車、航空航天等行業得到廣泛的應用。對於未變質的Al-Si合金，共晶矽相呈粗大片狀或塊狀結構，且比較脆，在相的尖端和稜角處引起應力集中，早期的裂紋容易在此處產生，力學性能特別是塑性顯著降低。
針對亞共晶Al-Si合金的變質主要有Na變質、Sr變質、Sb變質等。目前，工業生產過程中都會對鋁矽合金進行變質處理，來改變共晶矽形態，由粗大的片狀或針狀轉變為纖維狀，提高合金的力學性能，尤其是延伸率，同時變質對Al-Si合金的收縮行為也有強烈的抑制作用，工業中最常用的變質劑是Sr中間合金和Na鹽。Na鹽由於容易衰退和不易控制逐漸被Sr取代，但是研究結果表明，Sr變質劑的加入也伴隨著氣孔等缺陷的增多，也容易產生過變質現象，降低合金的性能。Sb變質具有不衰退、脫氣等優點，但變質效果一般，且相應時間慢。
技術實現要素：
本發明提供了一種稀土Er變質AlSiCu合金的方法，得到了具有良好抗拉強度和延伸率的合金，解決了採用變質劑得到的合金中存在氣孔缺陷的問題。
一種變質AlSiCu合金的新方法，主要包括中間合金加入、靜置保溫、澆注等步驟，其特徵在於鋁矽合金在熔融後，添加精煉劑進行精煉除氣，隨後加入Er元素，在780℃溫度下靜置保溫，在一定溫度下澆注成形。
元素以Al-Er合金形式加入，Er元素在合金熔液中的質量百分含量控制在0.05%~0.4wt.%，優選0.1wt%，此時的變質效果最佳。
Er元素以Al-20Er合金加入後，在780℃溫度下靜置保溫10min，此時的變質效果最佳。加入Al-20Er合金後，在720℃溫度下澆注成形，此時的變質效果最佳。
本發明具體技術方案如下：
1.按AlSiCu合金的成分進行配料；
2.將配好的亞共晶鋁矽合金的原料如包括高純鋁、鋁矽合金、高純銅、鋁錳合金等放入乾燥箱內乾燥後，隨後放入石墨坩堝，在電阻爐中將合金熔化之後，加熱至780℃；
3.用預熱至300℃的石墨鐘罩，將鋁箔包裹精煉劑壓入步驟2中得到的合金熔液內部，精煉劑為六氯乙烷，加入量為合金熔液質量的0.5wt%，30s後用扒渣勺除去表面的殘渣；
4.向步驟3合金熔液中加入Er元素，充分攪拌，Er元素在合金熔液中的質量百分含量控制在0.05%~0.4wt.%，優選0.1wt%；
5.步驟4合金熔液在一定溫度下進行保溫靜置處理之後，在一定溫度時澆注到事先預熱到300℃的金屬型模具中；
本發明所用的中間合金均為常用合金。
在AlSiCu合金中添加Er元素後，適量的添加改變了共晶矽相的形貌和大小，矽相由粗大的層片狀變為細小的顆粒狀，產生很明顯的變質效果。在凝固過程中，當熔液達到共晶反應點時，發生共晶形核。矽相作為領先相，其固液界面前沿存在著很多界面臺階，矽原子在這些臺階上堆砌長大，加入元素之後，元素吸附在矽原子生長臺階上，由於Er原子半徑遠遠大於Si原子，改變了矽相密排面的原子堆積次序及生長方向，從而產生變質效果。在變質中熔液的冷卻速率起到一定的影響，因此澆注時選擇銅模澆注。
稀土元素具有良好的變質作用，其變質潛伏期短、變質有效時間長。此外，對鋁合金還具有脫氫除氣、減少氧化夾雜物的作用，改善合金的組織，提升其力學性能。
附圖說明
圖1為未變質的AlSi7Cu2合金的鑄態組織掃描電鏡圖。
圖2為充分變質後的AlSi7Cu2合金的鑄態組織掃描電鏡圖。
具體實施方式
本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。
具體實施方式1：
1.在對AlSi7Cu2金進行配料的過程中，配製鋁矽合金、高純銅、鋁錳合金與純鎂後，Si元素在合金中質量比為7wt.%，Cu元素在合金中質量比為2wt.%，Mg元素在合金中質量比為0.4wt.%，Mn元素在合金中質量比為0.2wt.%；
2.在電阻爐中將純鋁與所有合金熔化之後，加熱至780℃；
3.用六氯乙烷進行精煉、扒渣；
4.在780℃時，將事先鋁箔包裹的Al-20Er合金加入溶液中，攪拌之後保溫10分鐘，Er元素在合金熔液中的質量百分含量控制在0.05%~0.4wt.%，優選0.1wt%；
5.在720℃時，將事先用鋁箔包裹的Mg加入溶液中，攪拌之後保溫3分鐘，隨後澆入事先預熱至300℃的銅模之中。
實施案例2：
與實施1不同之處在於Si元素在合金中質量比為9wt.%，Cu元素在合金中質量比為1wt.%，Mg元素在合金中質量比為0.3wt.%，Mn元素在合金中質量比為0.4wt.%，加入Er後在780℃之間保溫處理10min，添加Mg保溫處理後澆注到預熱至300℃的銅模中。在此條件下可達到與實施例1相同的變質效果。