一种稀土Er变质AlSiCu合金的方法与流程

本发明属于铝合金铸造技术领域，特别涉及AlSiCu合金变质处理方法。

背景技术：

亚共晶铝硅合金的密度低，铸造性能好，力学性能高，能铸造复杂形状的高强度铸件，其在汽车、航空航天等行业得到广泛的应用。对于未变质的Al-Si合金，共晶硅相呈粗大片状或块状结构，且比较脆，在相的尖端和棱角处引起应力集中，早期的裂纹容易在此处产生，力学性能特别是塑性显著降低。

针对亚共晶Al-Si合金的变质主要有Na变质、Sr变质、Sb变质等。目前，工业生产过程中都会对铝硅合金进行变质处理，来改变共晶硅形态，由粗大的片状或针状转变为纤维状，提高合金的力学性能，尤其是延伸率，同时变质对Al-Si合金的收缩行为也有强烈的抑制作用，工业中最常用的变质剂是Sr中间合金和Na盐。Na盐由于容易衰退和不易控制逐渐被Sr取代，但是研究结果表明，Sr变质剂的加入也伴随着气孔等缺陷的增多，也容易产生过变质现象，降低合金的性能。Sb变质具有不衰退、脱气等优点，但变质效果一般，且相应时间慢。

技术实现要素：

本发明提供了一种稀土Er变质AlSiCu合金的方法，得到了具有良好抗拉强度和延伸率的合金，解决了采用变质剂得到的合金中存在气孔缺陷的问题。

一种变质AlSiCu合金的新方法，主要包括中间合金加入、静置保温、浇注等步骤，其特征在于铝硅合金在熔融后，添加精炼剂进行精炼除气，随后加入Er元素，在780℃温度下静置保温，在一定温度下浇注成形。

元素以Al-Er合金形式加入，Er元素在合金熔液中的质量百分含量控制在0.05%~0.4wt.%，优选0.1wt%，此时的变质效果最佳。

Er元素以Al-20Er合金加入后，在780℃温度下静置保温10min，此时的变质效果最佳。加入Al-20Er合金后，在720℃温度下浇注成形，此时的变质效果最佳。

本发明具体技术方案如下：

1.按AlSiCu合金的成分进行配料；

2.将配好的亚共晶铝硅合金的原料如包括高纯铝、铝硅合金、高纯铜、铝锰合金等放入干燥箱内干燥后，随后放入石墨坩埚，在电阻炉中将合金熔化之后，加热至780℃；

3.用预热至300℃的石墨钟罩，将铝箔包裹精炼剂压入步骤2中得到的合金熔液内部，精炼剂为六氯乙烷，加入量为合金熔液质量的0.5wt%，30s后用扒渣勺除去表面的残渣；

4.向步骤3合金熔液中加入Er元素，充分搅拌，Er元素在合金熔液中的质量百分含量控制在0.05%~0.4wt.%，优选0.1wt%；

5.步骤4合金熔液在一定温度下进行保温静置处理之后，在一定温度时浇注到事先预热到300℃的金属型模具中；

本发明所用的中间合金均为常用合金。

在AlSiCu合金中添加Er元素后，适量的添加改变了共晶硅相的形貌和大小，硅相由粗大的层片状变为细小的颗粒状，产生很明显的变质效果。在凝固过程中，当熔液达到共晶反应点时，发生共晶形核。硅相作为领先相，其固液界面前沿存在着很多界面台阶，硅原子在这些台阶上堆砌长大，加入元素之后，元素吸附在硅原子生长台阶上，由于Er原子半径远远大于Si原子，改变了硅相密排面的原子堆积次序及生长方向，从而产生变质效果。在变质中熔液的冷却速率起到一定的影响，因此浇注时选择铜模浇注。

稀土元素具有良好的变质作用，其变质潜伏期短、变质有效时间长。此外，对铝合金还具有脱氢除气、减少氧化夹杂物的作用，改善合金的组织，提升其力学性能。

附图说明

图1为未变质的AlSi7Cu2合金的铸态组织扫描电镜图。

图2为充分变质后的AlSi7Cu2合金的铸态组织扫描电镜图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式1：

1.在对AlSi7Cu2金进行配料的过程中，配制铝硅合金、高纯铜、铝锰合金与纯镁后，Si元素在合金中质量比为7wt.%，Cu元素在合金中质量比为2wt.%，Mg元素在合金中质量比为0.4wt.%，Mn元素在合金中质量比为0.2wt.%；

2.在电阻炉中将纯铝与所有合金熔化之后，加热至780℃；

3.用六氯乙烷进行精炼、扒渣；

4.在780℃时，将事先铝箔包裹的Al-20Er合金加入溶液中，搅拌之后保温10分钟，Er元素在合金熔液中的质量百分含量控制在0.05%~0.4wt.%，优选0.1wt%；

5.在720℃时，将事先用铝箔包裹的Mg加入溶液中，搅拌之后保温3分钟，随后浇入事先预热至300℃的铜模之中。

实施案例2：

与实施1不同之处在于Si元素在合金中质量比为9wt.%，Cu元素在合金中质量比为1wt.%，Mg元素在合金中质量比为0.3wt.%，Mn元素在合金中质量比为0.4wt.%，加入Er后在780℃之间保温处理10min，添加Mg保温处理后浇注到预热至300℃的铜模中。在此条件下可达到与实施例1相同的变质效果。