专利名称：高强度高致密度铸造铝硅合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造铝硅系合金，特别是一种高强度高致密度铸造铝硅合金。
众所周知，目前常用铸造铝硅系合金，如ZL104、ZL101等虽有好的铸造性能及高的致密度，但其机械性能，特别是伸长率低，已不能适应日益发展的高科技的需要。
当前国外，在高强度、高致密度铸造铝硅合金方面已取得很大进展，并已用于生产。几种有代表性的合金列于表1表1
S＊-砂型铸造J-金属型铸造T6-固溶处理加完全人工时效T5-固溶处理加不完全人工时效
T5-固溶处理加不完全人工时效这些合金的特点是有高的致密度和高的机械性能。在J、T6状态下，σb均大于294MPa;δ5也能大于3%;在S、T6状态下，σb虽能基本上达到294MPa的水平，但δ5仍然较低，仅处于≥2%。这些合金的机械性能之所以能达到目前的水平，主要原因是使用了高纯度的材料，合金杂质铁(Fe)含量控制在0.2%以下，或者是在合金中加入了毒性较大的合金元素铍(Be)，或者是二者兼有之。
目前，国内在同类型合金研究与应用方面也取得了较大的进展，几种有代表性的合金列于表2。
表2
B＊-变质处理表2所列合金机械性能提高的途径也是使用了高纯度的原材料或使用了Be，如ZL101A、ZL114A、ZL116A等;有的虽未使用高纯度的原材料或Be，如T84，尽管它的σb较高，但δ5太低，尚不足1%，因此仍不能满足需要。
本发明的目的在于提供一种既不使用高纯度的原材料进行熔制，又不加入毒性大的合金元素铍的高强度高致密度铸造铝硅合金。
本发明可以通过以下措施来实现本发明所述合金的成分及其含量范围如下Cu1.75-2.5%、Si7-10%、Mg0.15-0.3%、Mn0.2-0.35%、富铈混合稀土RE0.01-0.04%、B、Ti微量，主要杂质Fe≤0.3%，Al为余量。由于该合金的含硅量较高，固可保证它具有良好的铸造性能和高的致密度;Cu和Mg均参与时效强化，可比Cu或Mg单独参与时效强化得到更好的强化效果，因此该合金具有更高的抗拉强度。
由表2可见，T85、T84合金中尽管也加入了锰，以降低杂质Fe的有害影响(同Tens-50合金相比)，合金的伸长率仍然很低，其原因显而易见的，即锰的作用远不及铍。鉴于上述这一原因，本发明则另辟新的工艺途径，通过大量试验，使用富铈混合稀土金属取代铍并取得了成功。
当前国内外均将富铈混合稀土金属做为铸造铝硅合金的变质剂使用，其用量在0.2%以上(占合金液总重)。本发明则不同，将其做为一种添加剂，提高合金的伸长率，故用量极低。研究结果表明随合金中RE含量的变化，合金的抗拉强度变化不大，但δ5变化很大。起初随RE量的增加，δ5增加，当RE含量达到0.025%左右时，δ5达到最高值，此后若继续增加RE含量，δ5便快速下降。可见适量的RE对合金机械性能的影响与Mg、Cu等不同，它的优势在于，基本上不损失σb的同时可使原合金的δ5提高30%左右。
合金熔炼在电阻坩埚炉中进行，合金熔制过程中合金液的最高温度≤760℃，合金在740-750℃进行除气处理，除气剂为C2Cl6用量为合金液总量的0.4%;除气后合金静置5-10分钟后，进行孕育处理，然后加入铝稀土中间合金，加入温度为740-750℃，最后进行变质处理，变质剂为NaCl、NaF、KCl的混合物，用量为合金液重量的1.4-1.5%。Al-Mn、Al-Cu、Al-Si等中间合金同重熔用铝锭一起加入。重熔用镁锭在合金液除气前加入，加入温度为720℃。
该合金的热处理工艺在空气循环电炉中进行，热处理的工艺参数见表3。
表3
本发明所述合金符合设计和生产要求，具有良好的性能，与国内外高强度铸造铝硅系合金相比达到国际水平，具有如下优点由于本发明中对合金机械性能危害极大的杂质铁的允许含量较高，可达0.3%，又不含有毒的合金元素Be等，因此本发明可以使用普通工业纯的原材料进行熔制，故可大大降低合金成本，熔炼设备无需进行技术改造，并可节省环保投资;加之合金元素含量范围宽，合金成分易于保证，熔炼工艺简便易行。有多种使用状态，易满足不同用户的使用要求。正因如此，本发明的成本与ZL104等普通铸造铝合金相近，但机械性能却达到了高纯铝生产的铝硅合金的水平。
下面列举4个具体实施例实施例1合金熔炼在30Kg电阻坩埚炉中进行，原材料配比如下
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>熔炼该合金所用金属材料如下重熔用铝锭、重熔用镁锭、Al-Mn10%中间合金、Al-Cu50%中间合金、Al-RE10%中间合金、Al-Si14%中间合金，RE中Ce的含量在45%以上。
熔炼工艺如下717℃加镁742℃除气，除气剂C2Cl6≥50%742℃孕育处理，孕育剂Ti/B＝5740℃加RE740℃变质处理，变质剂为三元NaCl40%、NaF45%、KCl15%浇注温度为690℃，熔炼总时间不超过6小时。
成品成分见下表<
>机械性能和热处理参数见下表
实施例2
熔炼设备及原料配比同实施例1，熔炼工艺如下716℃加镁740℃除气、孕育处理、加RE738℃变质处理浇铸温度690℃成品成分见下表<
机械性能和热处理参数见下表
实施例3熔炼设备及原料配比同上，熔炼工艺如下720℃加镁740℃除气、孕育处理737℃加RE740℃变质处理浇铸温度690℃成品成分见下表
机械性能和热处理参数见下表
实施例4熔炼设备及原料配比同上，熔炼工艺如下725℃加镁740℃除气、孕育处理735℃加RE730℃开始浇铸，浇铸温度690℃-700℃成品成分见下表
机械性能和热处理参数见下表
权利要求
一种高强度、高致密度铸造铝硅合金，其化学成分为Si7-10%、Mg0.15-0.3%、Cu1.75-2.5%、Mn0.2-0.35%、富铈混合稀土(RE)0.01%-0.04%、B、Ti微量、主要杂质Fe≤0.3%。
全文摘要
一种不含有毒合金元素(如铍等)，使用普通工业纯原材料生产的高强度、高致密度铸造铝硅合金，其化学成分为Si7—10％、Mg0.15—0.3％、Cu1.75—2.5％、Mn0.2—0.35％、RE0.01—0.04％、B、Ti微量，主要杂质Fe≤0.3％，其中RE不作为变质剂使用，仅作为添加剂，以提高合金的伸长率。本发明的熔制成本低、工艺简便易行，取代ZL101A、ZL114A等合金可获得很高的经济效益。
文档编号C22C21/02GK1096059SQ9310641
公开日1994年12月7日 申请日期1993年6月3日 优先权日1993年6月3日
发明者王秉玉, 舒秋阳, 王永正, 章捷, 张风娥 申请人:国营二一一厂