一种细化富Fe析出相的高Fe含量铝合金的制备方法与流程

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种细化富fe析出相的高fe含量铝合金的制备方法。

背景技术：

铁在铝合金(特别是变形铝合金)中一直被认为是一种主要的杂质元素；在含铁量较高的情况下，铝合金组织中会形成粗大的针、片状脆性铁相，如α-fe2sial8或β-fesial3相等，对铝合金基体产生了严重的割裂作用，造成铝合金制品的性能如塑性、韧性等明显下降；同时fe含量的增加，会明显降低铝合金材料的耐腐蚀性能，也使零件机械加工困难等。但在铸造铝合金中，fe含量的增加有利于脱模，如果能控制富fe析出相的形态，增加含fe量有利于铸造铝合金的制造过程。因此，如何有效地发挥fe元素在铝合金中的作用，是目前铝合金制造业存在的热点技术之一。

目前相关的技术研究主要以降低fe含量为目标，包括：(1)在废铝再生工艺中，很多采用熔炼稀释法，即在废铝熔炼时添加一定数量的纯铝锭，在fe含量降低到规定范围内的前提下再通过合金化获取具有合格化学成分的再生制品。该方法需要消耗大量的纯铝锭。(2)向fe含量较高的铝合金熔体中加入mn、cr等元素，可以与fe元素发生中和作用而形成密度较大的析出相，如α-al15(fe，mn)3si2、α-al15(fe，mn，cr)3si2等，随后通过重力沉降、过滤等方法将富fe相分离出铝液，达到降低fe含量的目的；(3)利用富fe相与铝之间的磁性特征的不同，可利用电磁分离等方法，将铝合金熔体中大于10μm的初生富fe相大部去除，fe含量可以降低50％。但在fe、si含量较低条件下的除fe效率极为有限。(4)目前铝合金中除fe的工艺研究大都采用硼化物熔剂法，利用硼化物与熔体中的fe元素反应生成fe2b等铁硼化合物，然后再通过相应的工艺措施将其排除于熔体之外，可获得较好的除fe率。

第二相粒子的析出强化是提高铝合金性能的重要手段，如alcu2、mg2si、mgzn2等。在铝合金中，一般情况下fe含量超过0.3％时即产生粗大片状析出相；但如果能采取一定的工艺措施，将粗大片状的富fe析出相转化为规整的形状，如球状、团块状、短粗柱状等，其对基体的割裂作用将会消除，而且如果能促进其颗粒细小且分布均匀的话，将起到弥散强化作用，对材料使用性能的提高将是非常有利的。本发明因此而来。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种细化富fe析出相的高fe含量铝合金的制备方法，可以细化高fe含量铝合金中的富fe析出相。

基于上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种细化富fe析出相的高fe含量铝合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铝原料加入熔铝炉中，加热熔化并升温至800～850℃，加入含fe原料，使fe含量为1～2％；

(2)熔体温度降至730～780℃，加入精炼剂对铝合金熔体除杂、除气处理；

(3)往铝合金熔体中加入金属元素mn、mg、ca中一种或多种，以改善富fe相形态；

(4)铝合金熔体的温度降至720～750℃，加入晶粒细化剂，使富fe相析出更加分散；

(5)铝合金熔体经变质处理后，进行电磁搅拌，使fe元素分布均匀；

(6)将处理后的铝合金熔体进行浇注，待凝固外壳后喷水处理。

在其中的一个实施例中，所述步骤(1)中铝原料为铝锭或废铝原料。

在其中的一个实施例中，所述步骤(1)中含fe原料为fe剂或al-fe中间合金。

在其中的一个实施例中，所述步骤(2)中精炼剂的加入量为铝合金熔体质量的1～1.5％。

在其中的一个实施例中，所述步骤(2)中精炼剂的成分为冰晶石和氯盐，氯盐与铝液中的h反应生成气体hcl的气泡将铝液中的夹杂物颗粒带出铝液，实现对铝合金熔体除气、除杂的净化处理。

在其中的一个实施例中，所述氯盐为cacl2、mgcl2中的一种或混合物。

在其中的一个实施例中，所述氯盐的含量为精炼剂质量的10～25％。

在其中的一个实施例中，所述步骤(3)中金属元素与fe元素的质量比为1∶2～1∶1。

在其中的一个实施例中，所述步骤(4)中晶粒细化剂为al-ti-b-re中间合金细化剂。

在其中的一个实施例中，所述晶粒细化剂为铝合金熔体质量的0.3～1％。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

采用本发明的技术方案，可以细化高fe含量铝合金中富fe析出相，提高了高fe含量铝合金的耐磨和耐热性能，提高铸造铝合金的生产效率，同时保证铝合金的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1制得铝合金的金相组织图；

图2为本发明实施例2制得铝合金的金相组织图；

图3为本发明实施例3制得铝合金的金相组织图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例1

(1)将铝锭加入熔铝炉中，加热熔化并升温至800℃，加入含fe原料(以fe剂形式加入)，使fe含量为铝合金熔体质量的1％；

(2)熔体温度降至730℃，加入精炼剂对铝合金熔体除杂、除气处理，精炼剂的加入量为铝合金熔体质量的1％，精炼剂为冰晶石和cacl2，cacl2含量为精炼剂质量的10％；

(3)往铝合金熔体中加入mn元素，mn元素与fe元素的质量比为1∶2；

(4)铝合金熔体的温度降至720℃，加入al-ti-b-re中间合金细化剂，晶粒细化剂为铝合金熔体质量的0.3％；

(5)铝合金熔体经变质处理后，进行电磁搅拌；

(6)将处理后的铝合金熔体进行浇注，待凝固外壳后喷水处理。

复合处理的富fe相大都呈短粗棒状或骨骼状，富fe相颗粒的尺寸大都在50～100μm范围内，富fe相金相组织如图1所示；150℃下的抗拉强度约为常温抗拉强度的70～80％(拉伸试验参照标准：gb/t228-2010)。

实施例2

(1)将铝锭加入熔铝炉中，加热熔化并升温至850℃，加入含fe原料(以al-fe合金形式加入)，使fe含量为铝合金熔体质量的2％；

(2)熔体温度降至780℃，加入精炼剂对铝合金熔体除杂、除气处理，精炼剂的加入量为铝合金熔体质量的1.5％，精炼剂为冰晶石和mgcl2，mgcl2含量为精炼剂质量的25％；

(3)往铝合金熔体中加入mg元素，mg元素与fe元素的质量比为1∶1；

(4)铝合金熔体的温度降至750℃，加入al-ti-b-re中间合金细化剂，晶粒细化剂为铝合金熔体质量的1％；

(5)铝合金熔体经变质处理后，进行电磁搅拌；

(6)将处理后的铝合金熔体进行浇注，待凝固外壳后喷水处理。

复合处理的富fe相大都呈短粗棒状，富fe相颗粒的尺寸大都在30～100μm范围内，富fe相金相组织如图2所示；150℃下的抗拉强度约为常温抗拉强度的70～80％(拉伸试验参照标准：gb/t228-2010)。

实施例3

(1)将铝锭加入熔铝炉中，加热熔化并升温至820℃，加入含fe原料(以fe剂形式加入)，使fe含量为铝合金熔体质量的1.5％；

(2)熔体温度降至750℃，加入精炼剂对铝合金熔体除杂、除气处理，精炼剂的加入量为铝合金熔体质量的1.2％，精炼剂为冰晶石和cacl2、mgcl2，cacl2、mgcl2含量为精炼剂质量的20％；

(3)往铝合金熔体中加入ca元素，ca元素与fe元素的质量比为1∶1.5；

(4)铝合金熔体的温度降至730℃，加入al-ti-b-re中间合金细化剂，晶粒细化剂为铝合金熔体质量的0.5％；

(5)铝合金熔体经变质处理后，进行电磁搅拌；

(6)将处理后的铝合金熔体进行浇注，待凝固外壳后喷水处理。

进行复合处理后，粗大片状富fe相的比例降至20％左右；富fe相颗粒的尺寸大都在100μm以下，富fe相金相组织如图3所示；150℃下的抗拉强度约为常温抗拉强度的70-80％(拉伸试验参照标准：gb/t228-2010)。

可见，本申请的方法可以细化高fe含量铝合金中富fe析出相，铝合金在高温下具有良好的拉伸性能，提高了铝合金的耐热性能。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。