本发明属于铝合金领域，具体涉及一种采用工业硅直接制备铝硅系铸造合金的方法。
背景技术：
铸造铝合金作为传统的金属材料,因其密度小、比强度高等特点,广泛应用于航空、航天、汽车、机械等行业。铸造铝合金中，al-si系合金因具有很好的铸造性能,即流动性好、收缩率小,加之热裂敏感性低,力学性能好,是品种最多、用途最广的铸造铝合金之一。该系合金中，硅(si)含量为4％—22％，是主要添加元素。通常在熔制al-si系铸造合金时，硅的添加方式是以铝硅中间合金的形式加入(即先将铝和硅进行熔制，制造出铝硅中间合金，再用于铸造合金的熔制)。由于铝硅二元合金中，硅含量在11％-14％范围，易形成共晶或近共晶组织，硅和铝的分布均匀，因此用于铸造合金的铝硅中间合金中，以名义成分alsi12a的情况居多。以常用zl114a为例，每熔炼1吨铸造合金，需要加入alsi12a中间合金约为0.6吨，加入中间合金的量大。因此实际生产中，需要投入大量的人力、能源进行中间合金的熔制。本发明采用工业硅直接熔制铸造铝合金，大大降低操作人员的劳动强度，有效节约能源。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种采用工业硅直接熔制铝硅系铸造合金的方法，与传统使用铝硅中间合金的方法相比，在获得与添加中间合金同样熔制质量的前提下，有效节约能源，降低操作人员的劳动强度。具体技术方案如下：
一种采用工业硅直接制备铝硅系铸造合金的方法，包括如下步骤：
(1)熔炼设备及熔炼工具准备
熔炼设备及熔炼工具使用前应清理干净，并喷涂涂料烘干，涂料由工业沉淀碳酸钙、氧化锌、工业硅酸钠和水组成；
(2)装料熔化
把占总质量20％的铝锭装入坩埚底部，将工业硅破碎成粒度为10mm～30mm，装入坩埚，再将占总质量的50％的铝锭紧凑装其上面随炉预热，升温熔化，在温度达760℃～790℃时保温15min～30min，直至硅全部熔化，工业硅没有完全熔化时禁止搅拌，若有硅上浮，应及时用钟罩将硅块压入合金熔液内，缓慢沿圆周搅动使其熔化，以免工业硅裸露在合金液表面形成高熔点的氧化硅膜；工业硅全部熔化后，再加入回炉料及剩余经预热的30％铝锭，若合金中需要加入铝铍合金，此时也一并加入，待金属全部熔化后搅拌4min～6min，待合金液温度在690℃～710℃时，加入其余合金元素；
(3)晶粒细化处理
合金温度在715℃～730℃时，在合金液中加入铝钛硼中间合金，钛占总炉料质量分数0.15％～0.2％进行细化处理；
(4)变质处理
用锶变质，以铝锶中间合金的形式加入，用锶量占金属重量的0.02％～0.06％，用前放于坩埚旁预热烘烤，若合金性能满足技术要求，可不对合金液进行变质处理；
(5)合金液的精炼、除气处理
采用旋转喷吹高纯氩气方法对合金液进行精炼、除气处理。
有益效果
铝硅系合金中，铝的熔炼温度一般在700℃左右，而硅的熔点约为1410℃，硅之所以能够熔化在铝熔体中，是借助于扩散原理，在高温下硅原子熔于铝熔液中，形成熔体。在实际生产中，常因熔炼方法不当，采用工业硅直接熔炼铸造铝合金时，易造成硅夹渣缺陷，因此一般硅以铝硅中间合金的形式加入。本发明通过采用合适的炉料加入方法、合理的熔炼参数设置，实现了工业硅直接熔制铸造铝合金，在不降低性能的情况下，取代硅以铝硅中间合金加入的工艺方法，取得了降低劳动强度、节约能源的有益效果。通过数千炉次产品的生产实践考核验证，较好地满足了使用要求，而且材料性能稳定。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种采用工业硅直接制备铝硅系铸造合金的方法,包括如下步骤∶
(1)主要原材料
主要材料由已知化学成分的铝锭和工业硅组成，具体要求一般符合表1的规定。表1主要原材料
(2)熔炼设备及熔炼工具的准备
熔炼设备采用电阻坩埚炉。坩埚一般采用铸铁坩埚，也可用石墨坩埚，铸钢(或钢板焊接)坩埚。熔炼工具包括模锭、浇包、搅拌勺等。熔炼设备及熔炼工具使用前应清理干净，并喷涂涂料烘干。涂料由工业沉淀碳酸钙、氧化锌、工业硅酸钠和水组成。涂料配比可参照表2。
表2涂料配比
(3)装料熔化
把占总质量20％的铝锭装入坩埚底部，将工业硅破碎成粒度为10mm～30mm，装入坩埚，再将占总质量的50％的铝锭紧凑装其上面随炉预热，升温熔化。在温度达760℃～790℃时保温15min～30min，直至硅全部熔化，工业硅没有完全熔化时禁止搅拌，若有硅上浮，应及时用钟罩将硅块压入合金熔液内，缓慢沿圆周搅动使其熔化，以免工业硅裸露在合金液表面形成高熔点的氧化硅膜；
工业硅全部熔化后，再加入回炉料及剩余经预热的30％铝锭，若合金中需要加入铝铍合金，此时也一并加入，待金属全部熔化后搅拌4min～6min。
待合金液温度在690℃～710℃时，加入其余合金元素。
(4)合金的熔体处理
①晶粒细化处理
合金温度在715℃～730℃时，加入铝钛硼中间合金对先结晶铝基组织进行细化，钛占总炉料的质量分数为0.15％～0.2％，待铝钛硼中间合金熔化后，搅拌2min～4min。
②变质处理
当温度为720℃～740℃时，加入铝锶中间合金对共晶硅进行变质处理，使硅由片状形貌变为粒状、棒状，以提高材料的性能。锶加入量占总炉料的0.02％～0.04％，待铝锶中间合金熔化后，搅拌2min～4min。搅拌时不允许破坏合金液面的氧化膜。允许二次变质。合金液在变质处理后3h内完成浇注，否则还需进行变质处理。
③除气处理
在700℃～730℃时，采用旋转喷吹氩气对合金液进行除气、净化处理，旋转喷吹时间一般在12min～30min，具体时间因环境湿度进行调整，环境空气湿度越大，需要的除气时间越长。
旋转喷吹结束后，应使覆盖剂均匀覆盖在整个合金液表面以防止合金吸气、氧化。若加入铝铍合金，可不加覆盖剂。对合金熔液静置5min～20min，扒渣，浇注。
(5)合金熔炼质量检验
①除气效果检测
让试样在负压下凝固，测量其密度当量，密度当量≤2.0di表示除气合格。
②炉前检查断口
炉前断口检验用以判断变质效果，浇注楔形扁平状试样，根据表3进行炉前断口检验。
表3zl114a合金变质检验
(6)浇注
铸型合好箱后，将合金温度调整到铸件浇注温度，扒除液面熔渣，方可进行浇注。同时浇注化学成分检验试样和力学性能试样。