一种稀土元素镨合金化铝硅合金及制备方法
【专利摘要】一种稀土元素镨合金化铝硅合金及制备方法，合金的各组分的重量百分比是：硅为9.0~12.0%，镨为0.05~0.4%，余量为铝；将石墨坩埚中铝-硅合金加热至熔化后，在770~790℃温度下按上述重量百分比加入镨或铝-镨中间合金，保温5~8分钟；对上述合金熔体在超声强度为10w/cm2~38w/cm2、超声处理时间总计为3~8分钟、每次超声时间为20~30秒、间歇时间20~30秒的条件下施加间歇超声处理后，合金熔体降温至720~740℃，保温31~180分钟后在40~65℃/min的冷却速度下凝固成形。本发明能明显促进α-Al相的细化、球化；使针状共晶硅变为点状或短杆状，并且使其分布更分散、均匀，从而使铝合金的显微组织与力学性能得到显著的改善，且工艺简单、安全可靠，操作方便，且无三废污染。
【专利说明】一种稀土元素镨合金化绍娃合金及制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于铝硅合金及制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]铝-硅(Al-Si)合金的铸造性能优良，无热裂及疏松倾山，气密性较高。其密度小，耐蚀性好，可在受大气.海水腐蚀的环境中使用，可承受工业气氛的环境中浓硝酸.过氧化氧等的腐蚀作用；焊接性能也好。但该合金的力学性能低，耐热性和切削加工性差。
[0003]稀土元素具有独特的电子层结构及物理化学性质，有独特的4f电子结构、大的原子磁矩、很强的自旋偶合特性，对铝合金的影响也相当独特。稀土元素的变质作用具有长效性及重熔稳定性特点，比其他变质剂要好，且具有较好的脱氧和脱硫能力。其中稀土元素Pr对Al-Si合金具有显著的变质能力，华东交通大张坚等研究了普通铸造条件下稀土 Pr对高耐磨过共晶Al-16%Si组织的影响，发现稀土 Pr通过吸附在硅相结晶前沿，抑制了较大过冷度的产生，对初晶硅和共晶硅具有明显的变质效果。上海交通大学刘萍从稀土 Pr对Al-18%S1-Mg合金中Mg2Si相结晶行为的影响这个角度，研究了稀土 Pr对过共晶Al-18%S1-Mg合金组织与性能影响。
[0004]超声波在Al-Si熔体中传播时，会产生正压相和负压相，破坏熔体的结构完整性，使声阻连续性降低，熔体对声能吸收的微区差异性提高，近程有序度下降，增加结晶核心。东北大学李英龙等研究了从压铸至凝固全过程经超声作用下共晶成分(12.6%Si)和过共晶成分Al-20Si合金组织和性能的影响。结果表明:超声对初晶Si和共晶Si组织具有双重细化作用，使Si破碎变成颗粒状，合金的机械强度和塑性得到改善。合肥工业大学杨俊等研究了超声功率(300-1600W)、超声时间(20-100s)、超声温度(600-680 V )对过共晶成分Al-20Si合金组织和性能的影响，超声处理可以显著提高Al-20%Si合金的抗拉强度和延伸率。上海大学刘清梅研究了侧部导入超声处理对共晶Al-12.5Si合金凝固特性的影响，研究发现在凝固过程(共 晶反应区577-660°C)中进行超声处理能显著细化共晶硅相，改善其形貌及分布。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供了一种稀土元素镨(Pr)合金化铝硅合金的方法，该方法能有效改善初晶硅、共晶硅的形态及分布，以提高合金的力学性能。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0007]本发明所述的稀土元素镨合金化铝硅合金，合金的各组分的重量百分比是:硅为
9.0~12.0%，镨为0.05~0.4%，余量为铝。
[0008]本发明所提供一种稀土元素Pr合金化铝硅合金的制备方法，其特征在于将石墨坩埚中铝-硅(Al-Si )合金加热至熔化后，在77(T790°C温度下按上述重量百分比加入镨或铝-镨中间合金，保温51分钟；对上述合金熔体施加间歇超声处理后，合金熔体降温至72(T740°C，保温31~180分钟后在40~65°C /min的冷却速度下凝固成形。[0009]本发明所述间歇超声处理是:超声强度为10W/CnT38W/Cm2，超声处理时间总计为3~8分钟，每次超声时间为20-30秒，间歇时间20-30秒。
[0010]本发明的技术效果是:在间歇超声作用下稀土 Pr的加入能明显促进α -Al相的细化、球化；使针状共晶硅变为点状或短杆状，并且使其分布更分散、均匀，从而使铝合金的显微组织与力学性能得到显著的改善。本发明工艺简单、安全可靠，操作方便，且无三废污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为实施例4条件下制备的合金铸态的显微组织。
【具体实施方式】
[0012]本发明将通过以下实施例作进一步说明。
[0013]实施例1。
[0014]将含硅为9.0% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩埚加热至全部熔化，在780°C加入Al-Pr中间合金并保温5分钟，其中稀土元素Pr占合金总重量的0.05% ;然后将超声变幅杆伸入上述合金熔体中进行间歇超声处理，超声强度为lOw/cm2，超声处理时间总计为3分钟，每次超声时间为25秒，间歇时间25秒；最后将合金熔体降至720°C保温31分钟后，在冷却速度为40°C /min的金属型模具中浇铸成型。
[0015]实施例2。
[0016]将含硅为9.8% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩埚加热至全部熔化，在790°C加入稀土元素Pr金属并保温6分钟，其中稀土元素Pr占合金总重量的0.06% ;然后将超声变幅杆伸入上述合金熔体中进行间歇超声处理，超声强度为20w/cm2，超声处理时间总计为4分钟，每次超声时间为30秒，间歇时间20秒；最后将合金熔体降至720°C保温61分钟后，在冷却速度为50°C /min的金属型模具中浇铸成型。
[0017]实施例3。
[0018]将含硅为10.2% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩埚加热至全部熔化，在780°C加入稀土元素Pr金属并保温8分钟,其中稀土元素Pr占合金总重量的0.12% ;然后将超声变幅杆伸入上述合金熔体中进行间歇超声处理，超声强度为25w/cm2，超声处理时间总计为5分钟，每次超声时间为20秒，间歇时间20秒；最后将合金熔体降至720°C保温181分钟后，在冷却速度为50°C /min的金属型模具中浇铸成型。
[0019]实施例4。
[0020]将含硅为11.4% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩埚加热至全部熔化，在780°C加入Al-Pr中间合金并保温7分钟，其中稀土元素Pr占合金总重量的0.28% ;然后将超声变幅杆伸入上述合金熔体中进行间歇超声处理，超声强度为30w/cm2，超声处理时间总计为6分钟，每次超声时间为30秒，间歇时间30秒；最后将合金熔体降至730°C保温121分钟后，在冷却速度为60°C /min的金属型模具中浇铸成型。
[0021]实施例5。
[0022]将含硅为12.0% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩埚加热至全部熔化，在770°C加入Al-Pr中间合金并保温8分钟，其中稀土元素Pr占合金总重量的0.4% ;然后将超声变幅杆伸入上述合金熔体中进行间歇超声处理，超声强度为38w/cm2，超声处理时间总计为8分钟，每次超声时间为30秒，间歇时间30秒；最后将合金熔体降至730°C保温121分钟后，在冷却速度为65°C /min的金属型模具中浇铸成型。
[0023]将实施例4制得的铸锭取样，经打磨、抛光、腐蚀后在光学显微镜下观察合金显微组织，如附图1 (实施例4)所示。从附图1中可以看出，稀土 Pr的加入能明显促进α-Al相的细化、球化；使带尖角的块状初晶硅消失；针状共晶硅变为点状或短杆状，并且使其分布更分散、均匀，从而使铝合金的显微组织得到明显的改善。实施例4获得的铸锭依照GB/T228-2002加工成圆形横截面拉伸试样。经测定，实例例4中拉伸试样的抗拉强度为246MPa，延伸率为9.4%，要优于GB/T 1173-1995铸造铝合金中具有相似合金成分的ZL102的抗拉强度(145MPa)和延伸率为 (4%)。
【权利要求】
1.一种稀土元素镨合金化铝硅合金，其特征是合金的各组分的重量百分比是:硅为9.0~12.0%，镨为0.05~0.4%，余量为铝。
2.权利要求1所述的合金的制备方法，其特征在于将石墨坩埚中铝-硅合金加热至熔化后，在77(T790°C温度下按上述重量百分比加入镨或铝-镨中间合金，保温51分钟；对上述合金熔体施加间歇超声处理后，合金熔体降温至72(T740°C，保温3广180分钟后在40^650C /min的冷却速度下凝固成形； 所述间歇超声处理是:超声强度为10W/CnT38W/Cm2，超声处理时间总计为31分钟，每次超声时间为20~30秒， 间歇时间20~30秒。
【文档编号】C22C21/04GK103469028SQ201310357779
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】胡志, 闫洪, 阮先明 申请人:南昌大学