一种掺杂稀土元素铒的铸造铝合金及其制备方法与流程

本发明属于铝合金技术领域，涉及一种掺杂稀土元素铒的铸造铝合金(特别是A356铝合金)及其制备方法。

背景技术：

A356铝合金是一种典型的可热处理强化的亚共晶Al-Si系铸造铝合金，因其具有铸造流动性好、气密性好，收缩率小和机械加工性能优良等优点，而被广泛用于加工汽车制动泵缸体、汽车变速器、带轮、汽车轮毂等零件。近年来，随着我国汽车工业的快速发展，传统的A356铝合金铸件的力学性能已不能满足使用要求，亟需通过添加适当的合金元素并采用合理的处理工艺来提高合金的力学性能，拓宽其应用范围。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明旨在提供一种掺杂稀土元素铒的铸造铝合金及其制备方法。通过添加稀土元素铒(Er)对铸造铝合金进行细化处理，改善合金组织，然后再经过双级时效处理，提高铸造铝合金的强度和塑性。

具体而言，本发明采用如下技术方案：

一种掺杂稀土元素铒的铸造铝合金的制备方法，其包括下列步骤：

1)制备铝铒合金预处理材料：将铸造铝合金置于熔炼设备中，加热到760～780℃并保持温度恒定；待完全熔化后，向铝熔液中添加铝铒中间合金，直至铒的重量占总重量的0.1％～0.7％；将铝铒中间合金压入铝熔液中并搅拌，使铒分布均匀；待铝铒中间合金全部熔化后，将熔体温度降至730℃～740℃并保持温度恒定，加入除渣除气剂，进行除渣除气处理；待除渣除气完毕后，将熔体温度降至700℃～720℃并保持温度恒定，静置5～10分钟后，浇注到预热的金属模具中，制得铝铒合金预处理材料；

2)固溶处理：对铝铒合金预处理材料进行固溶处理，首先在535～545℃条件下保温3～5小时，然后在60～80℃水中淬火3～5分钟，控制淬火转移时间不超过15秒，得到固溶处理的铝铒合金；

3)双级时效处理：将固溶处理的铝铒合金在115～125℃条件下保温1～1.5小时，进行预时效处理，然后在175～185℃条件下保温0.5～1小时，进行终时效处理，即可得到掺杂稀土元素铒的铸造铝合金。

在上述制备方法中，所述铸造铝合金为A356铝合金。

在上述制备方法中，所述熔炼设备为熔炼炉。

在上述制备方法中，所述铝铒中间合金为Al-5Er合金或Al-10Er合金。

在上述制备方法中，所述除渣除气剂为DSG除渣除气剂。

在上述制备方法中，所述压入采用钟罩来完成。

在上述制备方法中，所述搅拌采用石墨棒来完成。

在上述制备方法中，所述金属模具的预热温度为200℃。

在本发明的优选技术方案中，向铝熔液中添加铝铒中间合金，直至铒的重量占总重量的0.2％～0.5％。

在本发明的更优选技术方案中，向铝熔液中添加铝铒中间合金，直至铒的重量占总重量的0.5％。

一种通过上述制备方法制得的掺杂稀土元素铒的铸造铝合金。

与现有技术相比，采用上述技术方案的本发明具有下列有益效果：通过添加稀土元素铒，缩短了铸造铝合金的二次枝晶尺寸，合金的微观组织形态及大小得到明显改善。具体而言，当稀土铒的掺入量由0增加到0.5％时，α-Al的平均晶粒尺寸由130μm减小到45μm，硅颗粒的平均尺寸由22.7μm减小到5.7μm，共晶组织逐渐演化成点状和细小纤维状，稀土铒具有明显的细化效果。同时，通过双级时效热处理提高了合金的力学性能，使得铝铒合金的抗拉强度达到330MPa以上，拓宽了该合金在汽车工业领域中的应用。

附图说明

图1是未掺杂稀土Er的A356铝合金的微观组织照片。

图2是掺杂0.2％稀土Er的A356铝合金的微观组织照片。

图3是掺杂0.4％稀土Er的A356铝合金的微观组织照片。

图4是掺杂0.5％稀土Er的A356铝合金的微观组织照片。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。除非另有说明，下列实施例中所使用的仪器、材料、试剂等均可通过常规商业手段获得。

实施例1：制备未掺杂Er的A356铝合金。

首先将A356铝合金在540℃条件下保温4小时，然后在60℃温水中淬火5分钟，控制淬火转移时间不超过15秒。

经过上述处理的合金在120℃条件下保温1小时，进行预时效处理，然后在180℃条件下保温0.5小时，进行终时效处理，即可得到未掺杂Er的A356铝合金。

实施例2：制备掺杂0.2％Er的A356铝合金。

将A356铝合金置于熔炼炉中，缓慢加热到760℃并保持温度恒定。待完全熔化后，向铝熔液中添加Al-5Er合金，直至铒的重量占总重量的0.2％。采用钟罩将中间合金压入铝熔液中，并采用石墨棒不停地搅拌，使铒分布均匀。待中间合金全部熔化后，将熔体温度降至730℃并保持温度恒定，加入DSG除渣除气剂，进行除渣除气处理。待除渣除气完毕后，将熔体温度降至700℃并保持温度恒定，静置5分钟后，浇注到预热至200℃的金属模具中，制得铝铒合金预处理材料。

对上述铝铒合金预处理材料进行固溶处理，首先在540℃条件下保温4小时，然后在60℃温水中淬火5分钟，控制淬火转移时间不超过15秒，得到固溶处理的铝铒合金。

将上述固溶处理的铝铒合金在120℃条件下保温1小时，进行预时效处理；然后在180℃条件下保温0.5小时，进行终时效处理，即可得到掺杂0.2％Er的A356铝合金。经检测，该合金的抗拉强度达到330MPa以上，显著优于采用传统的T6热处理工艺制得的A356合金所具有的280MPa的抗拉强度。

实施例3：制备掺杂0.4％Er的A356铝合金。

将A356铝合金置于熔炼炉中，缓慢加热到780℃并保持温度恒定。待完全熔化后，向铝熔液中添加Al-5Er合金，直至铒的重量占总重量的0.4％。采用钟罩将中间合金压入铝熔液中，并采用石墨棒不停地搅拌，使铒分布均匀。待中间合金全部熔化后，将熔体温度降至740℃并保持温度恒定，加入DSG除渣除气剂，进行除渣除气处理。待除渣除气完毕后，将熔体温度降至720℃并保持温度恒定，静置10分钟后，浇注到预热至200℃的金属模具中，制得铝铒合金预处理材料。

对上述铝铒合金预处理材料进行固溶处理，首先在540℃条件下保温5小时，然后在80℃温水中淬火3分钟，控制淬火转移时间不超过15秒，得到固溶处理的铝铒合金。

将上述固溶处理的铝铒合金在120℃条件下保温1小时，进行预时效处理；然后在180℃条件下保温0.5小时，进行终时效处理，即可得到掺杂0.4％Er的A356铝合金。经检测，该合金的抗拉强度达到330MPa以上，显著优于采用传统的T6热处理工艺制得的A356合金所具有的280MPa的抗拉强度。

实施例4：制备掺杂0.5％Er的A356铝合金。

将A356铝合金置于熔炼炉中，缓慢加热到770℃并保持温度恒定。待完全熔化后，向其中添加Al-10Er合金，直至铒的重量占总重量的0.5％。采用钟罩将中间合金压入铝熔液中，并采用石墨棒不停地搅拌，使铒分布均匀。待中间合金全部熔化后，将熔体温度降至730℃并保持温度恒定，加入DSG除渣除气剂，进行除渣除气处理。待除渣除气完毕后，将熔体温度降至710℃并保持温度恒定，静置8分钟后，浇注到预热至200℃的金属模具中，制得铝铒合金预处理材料。

对上述铝铒合金预处理材料进行固溶处理，首先在540℃条件下保温4.5小时，然后在70℃温水中淬火4分钟，控制淬火转移时间不超过15秒，得到固溶处理的铝铒合金。

将上述固溶处理的铝铒合金在120℃条件下保温1小时，进行预时效处理；然后在180℃条件下保温1小时，进行终时效处理，即可得到掺杂0.5％Er的A356铝合金。经检测，该合金的抗拉强度达到330MPa以上，显著优于采用传统的T6热处理工艺制得的A356合金所具有的280MPa的抗拉强度。

实验例1：A356铝合金的微观组织观察实验。

从实施例1～4中得到的掺杂稀土元素铒的铸造铝合金材料中分别取样，经打磨、抛光、腐蚀后，在光学显微镜下观察合金的微观组织，其结果如图1～4所示。

从图中可以看出，随着稀土铒掺入量的增加，A356铝合金中共晶硅的尺寸逐渐减小且趋于均匀，硅颗粒平均尺寸由22.7μm减小到5.7μm，共晶组织逐渐演化成点状和细小纤维状，微观组织的演化有利于A356铝合金的力学性能提高。