一种协同亚共晶铸造铝硅合金变质与微合金化的方法与流程

本发明属于铝合金技术领域，特别涉及亚共晶铸造铝硅合金变质与微合金化处理方法。

技术背景

亚共晶铸造铝硅合金密度小、比强度高，易于成形，适合生产各类形状复杂、高性能结构件，广泛应用于航空、航天、汽车、机械各行业。但在铸态合金中，共晶硅在没有进行变质处理的情况下呈现出粗大的针状或者板片状，这种形态的硅会割裂合金基体，极大地降低铝硅合金的强度和塑性。目前在工业生产中，一般采用变质处理的方法来消除粗大的针状或者板片状硅相的不利影响。变质处理是通过加入一些微量元素改善共晶硅的形状、大小和分布，使得共晶硅相由粗大的板片状变质成细小的纤维状，大大提升合金的力学性能。

亚共晶铸造铝硅合金的变质方法主要有na变质、sr变质和sb变质。na变质虽然变质效果好，但是易衰退失效，且添加过程中易产生烟雾污染环境；sr变质虽然具有变质效果明显、长效性等优点，但其变质潜伏期长、吸气倾向严重、烧损严重，组织容易产生气孔、缩松等缺陷；sb变质具有不衰退、吸气倾向小等优点，但sb变质效果一般，且sb具有毒性，在熔炼和浇注的过程中会产生有毒气体，只在特殊条件下获准使用。

工程应用中使用的铝硅合金均为多元合金，即需要提前引入一定量的元素la、mg来进行微合金化，之后再进行变质处理，熔炼工序较为繁琐。

技术实现要素：

技术问题：本发明提供一种利用稀土元素la和元素mg对亚共晶铸造铝硅合金实现变质的同时，进行微合金化的方法。该方法具有变质效果好、潜伏期短、无衰退性、无吸气倾向等优点；同时加入的la、mg作为微合金化元素可以对合金进行强化；此外该方法还具有脱氢除气、减少氧化物夹杂、净化熔体的作用。

技术方案：本发明的协同进行亚共晶铸造铝硅合金变质与微合金化的方法，包括以下步骤：

步骤1：在坩埚电阻炉中，将烘干后的亚共晶铸造铝硅合金在石墨黏土坩埚中于760℃熔化，保温20-30分钟，获得均匀的铝熔体；

步骤2：将步骤1中获得的铝合金熔体降温至720℃，加入质量百分数为0.6-1.0％的c2cl6进行精炼，保温20-30分钟，之后进行撇渣；

步骤3：在步骤2获得的铝合金熔体中，于720-740℃加入稀土la，la元素在合金熔体中质量百分含量控制在0.2-0.5％，加入la元素后，保温20-30分钟；

步骤4：将步骤3获得的铝合金熔体的温度提升至750-770℃，加入mg元素，mg元素在合金熔体中质量百分含量控制在0.5-0.8％，加入mg元素后，保温10-20分钟；

步骤5：将步骤4获得的铝合金熔体的温度降至700-740℃，进而浇注成形。

作为优选方案：亚共晶铸造铝硅合金中硅的质量百分含量为4-12％。

作为优选方案：亚共晶铸造铝硅合金为亚共晶铝硅二元合金和亚共晶铝硅系多元合金。

作为优选方案：la元素以纯la和各种al-la中间合金的形式添加。

作为优选方案：mg元素以纯mg和各种al-mg中间合金的形式添加。

有益效果：本发明方法以稀土元素la和元素mg进行变质，同时进行微合金化处理，la和mg均具有变质作用，且它们之间的变质作用可以互相促进，对亚共晶铸造铝硅合金可以实现良好的变质，同时la、mg作为微合金化元素可以对合金进行强化。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明提供的方法，在保温时间为1-2h时，仍然能够保持良好的变质效果，克服了na变质易衰退的特点；使用该方法时，合金铸态组织中的气孔率和缩孔率很低，克服了sr变质吸气倾向严重，易产生气孔、缩松的缺点；该方法所用原料安全环保且具有良好的变质效果，克服了sb变质具有毒性，且变质效果一般的缺点。

(2)la、mg元素的加入同时也实现了铝硅合金的微合金化，即进行变质的同时进行微合金化，减少了工业应用中单独进行微合金化的熔炼工序，提高了生产效率。

(3)稀土la与氢形成稳定的稀土氢化物，以固体形式吸收铝液中大量的氢，降低氢含量，同时mg对铝液中的氢也具有一定的清除作用，从而可以消除针孔。铝液中溶解的原子态稀土la与氧化物夹杂发生氧化还原反应，反应生成的稀土氧化物比重大于铝液，可以较快地沉降到熔体底部，与熔体分离，从而净化熔体。la和mg均为表面活性元素，加入铝液后集中在铝液表面，使铝液表明氧化物更加致密，从而减弱了铝液的进一步氧化。

附图说明

图1为500倍下未经变质与微合金化的al-7si合金铸态组织的金相组织示意图；

图2为500倍下经充分变质与微合金化的al-7si合金铸态组织的金相组织示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

实施例一：本实施例中亚共晶铸造铝硅合金的变质与微合金化方法如下：

步骤1：在坩埚电阻炉中，将烘干后的al-7si合金在石墨黏土坩埚中于760℃熔化，保温20-30分钟，获得均匀的铝熔体；

步骤2：将步骤1中获得的铝合金熔体降温至720℃，加入质量百分数为0.8％的c2cl6进行精炼，保温20-30分钟，之后进行撇渣；

步骤3：在步骤2获得的铝合金熔体中，于730℃加入稀土la，la元素在合金熔体中质量百分含量控制在0.25-0.35％，加入la元素后，保温25分钟；

步骤4：将步骤3获得的铝合金熔体的温度提升至760℃，加入mg元素，mg元素在合金熔体中质量百分含量控制在0.65-0.75％，加入mg元素后，保温15分钟；

步骤5：将步骤4获得的铝合金熔体的温度降至720℃，进而浇注成形。

图1为500倍下未经变质与微合金化的al-7si合金铸态组织的金相照片，照片中较亮部分为初生铝和共晶铝，较暗部分为共晶硅，从照片可以看出共晶硅呈粗大的片状或针状。

图2为500倍下经充分变质与微合金化的al-7si合金铸态组织的金相照片，照片中较亮部分为初生铝和共晶铝，较暗部分为共晶硅，从照片可以看出共晶硅呈细小的颗粒状。

实施例二：本实施例与实施例一不同的是步骤3中于720℃加入稀土la，la元素在合金熔体中质量百分含量控制在0.2％，加入la元素后，保温20分钟。其他与实施例一相同。

实施例三：本实施例与实施例一不同的是步骤3中于740℃加入稀土la，la元素在合金熔体中质量百分含量控制在0.5％，加入la元素后，保温30分钟。其他与实施例一相同。

实施例四：本实施例与实施例一不同的是步骤4中铝合金熔体的温度提升至750℃，加入mg元素，mg元素在合金熔体中质量百分含量控制在0.5％，加入mg元素后，保温10分钟。其他与实施例一相同。

实施例五：本实施例与实施例一不同的是步骤4中铝合金熔体的温度提升至770℃，加入mg元素，mg元素在合金熔体中质量百分含量控制在0.8％，加入mg元素后，保温20分钟。其他与实施例一相同。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。