專(zhuān)利名稱：鑄造鋁硅合金變質(zhì)處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄造鋁硅合金變質(zhì)處理的方法，以改進(jìn)其金相組織，并提高其機(jī)械性質(zhì)，屬金屬熱處理加工金相控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鑄造鋁硅合金具有密度小、比強(qiáng)度高、塑性好、且可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。鑄造鋁硅合金被廣泛應(yīng)用于電力、汽車(chē)和航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。
亞共晶鑄造鋁硅合金中隨著硅含量的提高，組織中共晶體數(shù)量隨之增加，雖然鑄造性能得到改善，但組織中出現(xiàn)大量的針片狀共晶硅；越過(guò)共晶點(diǎn)，硅含量的進(jìn)一步提高，過(guò)共晶鋁硅合金中會(huì)出現(xiàn)粗大的多角形板狀初晶硅，嚴(yán)重的割裂了合金基體，并在硅相尖端和棱角引起應(yīng)力集中，合金容易沿晶粒的邊界處或板狀硅本體開(kāi)裂而形成裂紋，使合金變脆，機(jī)械性能特別是塑性顯著降低，切割加工性能也變差。因此鑄造鋁硅合金一定要進(jìn)行變質(zhì)處理。通過(guò)添加變質(zhì)劑，細(xì)化共晶硅和初晶硅，將板條狀或是針狀、片狀的共晶硅變?yōu)榧?xì)粒長(zhǎng)，將粗大不規(guī)則形狀的初晶硅變?yōu)榧?xì)小規(guī)則形狀，伴隨組織變化，合金機(jī)械性能顯著提高，且切削加工性能也得到改善。
目前常規(guī)生產(chǎn)中，對(duì)于亞共晶鋁硅合金應(yīng)用最廣泛的變質(zhì)劑是鈉鹽和鉀鹽混合而成。鈉鹽和鉀鹽變質(zhì)劑中，Cl、F離子對(duì)鐵質(zhì)坩堝有嚴(yán)重的腐蝕作用，降低坩堝的使用壽命；其次，鈉、鉀沸點(diǎn)低，在高溫時(shí)容易揮發(fā)，變質(zhì)作用的時(shí)間短。近年來(lái)又出現(xiàn)了不少新的變質(zhì)方法，如用Sb、Sr、Bi變質(zhì)等。這些變質(zhì)方法有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些缺點(diǎn)。Sb的熔點(diǎn)低，蒸氣壓很大，在700℃時(shí)已大量揮發(fā)；Sb與Al會(huì)生成難熔化合物AlSb，沉入坩堝底部；Sb與Na反應(yīng)互相抵消變質(zhì)作用；Sr的變質(zhì)有效時(shí)間6～7小時(shí)，但不能用鹽類(lèi)精煉。對(duì)于過(guò)共晶鋁硅合金合金，應(yīng)用最廣泛的變質(zhì)劑是磷。目前常用于鋁硅合金變劑中的磷一般有以下幾種加入形態(tài)赤磷、磷鹽、含磷的中間合金。赤磷的燃點(diǎn)低，熔于鋁液前燒損嚴(yán)重，影響到變質(zhì)的效果，且在變質(zhì)過(guò)程中放出有毒的氣體，污染大氣，損害人體健康；磷鹽在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的反應(yīng)渣，對(duì)鋁液質(zhì)量造成影響，對(duì)反應(yīng)容器如坩堝等有強(qiáng)烈的腐蝕作用，不適合廣泛應(yīng)用；Cu-P中間合金熔點(diǎn)較高，較難完全的熔入鋁液中發(fā)揮其作用，且Cu的燒損量很小，加入后容易產(chǎn)生偏析，影響總體性能，在對(duì)合金成分要求較高的條件下不宜使用。
稀土元素具有很多獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，添加少量的稀土元素可以極大影響材料的組織和性能。稀土元素在鑄造鋁硅合金中具有很多積極作用，主要概括為變質(zhì)作用、細(xì)化作用、除氫、精煉、凈化作用、合金化作用。稀土金屬作為變質(zhì)劑具有很好的長(zhǎng)效性和重熔穩(wěn)定性，吸氣傾向小，無(wú)污染，無(wú)腐蝕作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鑄造鋁合金變質(zhì)處理的方法。
本發(fā)明一種鑄造鋁硅合金變質(zhì)處理的方法，其特征在于具有以下工業(yè)過(guò)程和步驟a.將鑄造鋁硅合金經(jīng)常規(guī)熔化，于800～850℃溫度范圍內(nèi)，向母液中加入0.25～2.0wt％比例的稀土金屬Ce，隨后劇烈攪拌，使其充分反應(yīng)；b.然后進(jìn)行常規(guī)的除氣、去渣；保溫30～60分鐘后進(jìn)行澆鑄，然后隨模冷卻到室溫，得到變質(zhì)處理后的鑄造鋁硅合金鑄錠。
用稀土金屬鈰(Ce)來(lái)變質(zhì)鑄造鋁硅合金的原理是稀土元素的變質(zhì)作用符合吸附理論，在未變質(zhì)的鑄造鋁硅合金的硅相中經(jīng)常有一定夾角的孿晶存在，變質(zhì)處理過(guò)程中，稀土原子吸附在硅相孿晶溝槽中，并不全部隨固一液界面的推移而推移，而是有相當(dāng)一部分嵌入硅相晶格中成為異類(lèi)原子缺陷，引起晶格畸變。這種畸變使硅在更多的方向產(chǎn)生孿晶，進(jìn)而有明顯的變質(zhì)作用。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是變質(zhì)劑用量少，變質(zhì)效果明顯，變質(zhì)劑抗失效壽命長(zhǎng)。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，易于操作；另外，對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕作用并可節(jié)約能源。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例具體敘述于后。
實(shí)施例1將1200克鑄造鋁硅合金A356經(jīng)過(guò)常規(guī)熔化，于850℃溫度下向母液加入0.5wt％比例的稀土金屬Ce，即加入Ce的重量為6克，隨后進(jìn)行劇烈攪拌，使其充分反應(yīng)，再進(jìn)行常規(guī)的除氣、去渣，然后保溫30分鐘后進(jìn)行澆鑄。澆鑄時(shí)，采用金屬模，金屬模需預(yù)熱200℃，然后隨模冷卻到室溫，得到變質(zhì)后的鑄造鋁硅合金鑄錠。
經(jīng)儀器檢測(cè)，變質(zhì)處理后的鑄造鋁硅合金A356的顯微金相組織發(fā)生了明顯的變化，共晶組織由粗大針狀或板片狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎贪魻罨蚯蛄?，且分布均勻。其機(jī)械性能比原始鑄錠有很大提高，抗拉強(qiáng)度由原始材料的171MPa提高到188MPa，延伸率由原始材料的5.7％提高到6.6％。
實(shí)施例2將1200克鑄造鋁硅合金Al-14.5Si合金經(jīng)過(guò)常規(guī)熔化，于830℃溫度下向母液加入0.5wt％比例的稀土金屬Ce，即加入Ce的重量為6克，隨后進(jìn)行劇烈攪拌，使其充分反應(yīng)，再進(jìn)行常規(guī)的除氣、去渣，然后保溫30分鐘后進(jìn)行澆鑄。澆鑄時(shí)，采用金屬模，金屬模需預(yù)熱200℃，然后隨模冷卻到室溫，得到變質(zhì)后的鑄造鋁硅合金鑄錠。
經(jīng)儀器檢測(cè)，變質(zhì)處理后的鑄造鋁硅合金Al-14.5Si的顯微金相組織發(fā)生了明顯的變化，初晶硅尺寸比原始鑄錠明顯減小，分布均勻，共晶組織由粗大針狀或板片狀較變?yōu)槎贪魻罨蚯蛄?。其機(jī)械性能比原始鑄錠有很大提高，抗拉強(qiáng)度由原始材料的132MPa提高到147MPa，延伸率由原始材料的1.4％提高到2.5％。
實(shí)施例3本實(shí)施例的制備過(guò)程和步驟與實(shí)施例1完全相同。不同的是采用的鑄造鋁硅合金為Al-18Si合金。
經(jīng)儀器檢測(cè)，變質(zhì)處理后的鑄造鋁硅合金Al-18Si合金的顯微金相組織發(fā)生了明顯的變化，初晶硅由粗大不規(guī)則多邊形轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則形狀，尺寸明顯減小，且分布均勻，共晶組織由粗大針狀較變?yōu)槎贪魻罨蚯蛄睢Ｆ錂C(jī)械性能比原始鑄錠有很大提高，抗拉強(qiáng)度由原始材料的62MPa提高到91MPa，延伸率由原始材料的2.4％提高到3.2％。
實(shí)施例4本實(shí)施例的制備過(guò)程和步驟與實(shí)施例1完全相同。不同的是向母液A356中加入了1.0wt％比例的稀土金屬Ce，即加入Ce的重量為12克。
經(jīng)儀器檢測(cè)，變質(zhì)處理后的鑄造鋁硅合金A356的顯微金相組織發(fā)生了明顯的變化，共晶組織由粗大針狀或板片狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎贪魻罨蚯蛄?，且分布均勻。其機(jī)械性能比原始鑄錠有較大提高，抗拉強(qiáng)度由原始材料的171MPa提高到185MPa，延伸率由原始材料的5.7％提高到6.8％。
實(shí)施例5本實(shí)施例的制備過(guò)程和步驟與實(shí)施例1完全相同。不同的是向母液A356中加入了2.0wt％比例的稀土金屬Ce，即加入Ce的重量為24克。
經(jīng)儀器檢測(cè)，變質(zhì)處理后的鑄造鋁硅合金A356的顯微金相組織發(fā)生了明顯的變化，共晶組織由粗大針狀或板片狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎贪魻罨蚯蛄?，且分布均勻。其機(jī)械性能比原始鑄錠也有提高，抗拉強(qiáng)度由原始材料的171MPa提高到182MPa，延伸率由原始材料的5.7％提高到6.2％。
權(quán)利要求
1.一種鑄造鋁硅合金變質(zhì)處理的方法，其特征在于具有以下工業(yè)過(guò)程和步驟a.將鑄造鋁硅合金經(jīng)常規(guī)熔化，于800～850℃溫度范圍內(nèi)，向母液中加入0.25～2.0wt％比例的稀土金屬Ce，隨后劇烈攪拌，使其充分反應(yīng)；b.然后進(jìn)行常規(guī)的除氣、去渣；保溫30～60分鐘后進(jìn)行澆鑄，然后隨模冷卻到室溫，得到變質(zhì)處理后的鑄造鋁硅合金鑄錠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑄造鋁硅合金變質(zhì)處理的方法，屬金屬熱處理加工金相控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法的特征在于具有以下工藝過(guò)程和步驟將鑄造鋁硅合金按常規(guī)熔化，于800～850℃溫度下向母液中加入0.25～2.0wt％比例的稀土金屬Ce，隨后劇烈攪拌，使其充分反應(yīng)；然后進(jìn)行常規(guī)的除氣、去渣；保溫30～60分鐘后進(jìn)行澆鑄，然后隨模冷卻到室溫，得到變質(zhì)處理后的鑄造鋁硅合金鑄錠。該鑄錠的顯微金相組織發(fā)生了明顯的變化，其金相組織由粗大針狀或板片狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎贪魻罨蚯蛄?，且分布均勻。其機(jī)械性能也有很大提高。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是變質(zhì)劑用量少，變質(zhì)效果明顯，變質(zhì)劑抗失效壽命長(zhǎng)。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，易于操作。
文檔編號(hào)C22C21/02GK1772930SQ200510030738
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者張恒華, 段海麗, 邵光杰, 許珞萍 申請(qǐng)人:上海大學(xué)