一种Al-Si铸造合金用复合变质剂及其变质处理方法

本发明属于铸造铝合金变质，具体涉及一种al-si铸造合金用复合变质剂及其变质处理方法。

背景技术：

1、亚共晶al-si合金的力学性能与其组织中的共晶si的形态紧密相关。在未经变质处理的亚共晶al-si合金组织中，共晶si通常以粗大的针/片状形态出现，严重割裂基体，同时容易产生应力集中和共晶si相断裂，从而使合金的力学性能，尤其是强韧性大大降低。共晶si的变质处理是通过在铸造过程中添加特定的变质剂来改变共晶si形貌和尺寸的过程，即，使共晶si由粗大的针/片状变成细小的纤维/颗粒状，以消除对al基体割裂作用，并且经变质后的合金的力学性能，尤其是强韧性得到显著提高。

2、在目前的实际生产中，化学变质法操作简单、工艺成熟、变质效果稳定可靠，成本较低、应用广泛。其中，sr是亚共晶al-si合金中最常见也是应用最广泛的共晶si变质剂。通常，sr元素以al-sr中间合金的形式加入熔体中，能使共晶si形貌由粗大的针/板状转变为细小的细纤维状。sr的变质有效期长，重熔变质效果好。但是，sr变质的潜伏期较长，吸气倾向严重，合金易产生疏松，使致密性下降。并且，其变质过后的al液不能用氯气，氯化物精炼。sr还对铸件的冷却速度十分敏感，冷却速度较慢时也会降低sr的变质效果。

3、另外，ca有类似于sr的变质作用，是一种理想的变质剂，能显著改善共晶si的形貌和尺寸，对合金的力学性能有着重要的影响。ca不仅能够改变al-si合金组织外，而且还会影响其流动性。变质所需的ca含量取决于冷速，较高的冷速下所需的ca含量较低，但在较低冷速下，ca含量应有所提高，不过ca变质效果依然很难达到较高的变质标准，且ca过量时会出现“过变质”现象。

4、因此，如何有效的改变亚共晶al-si合金中的共晶si的大小、形状及分布，使之转变为有利的形态，是提高该合金的强韧性的关键问题之一。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种al-si铸造合金用复合变质剂及其变质处理方法，本发明的方法成本低廉、简单高效，不仅消除了针状或片状共晶si，还有效解决了气孔、疏松等铸造缺陷，从而提高亚共晶al-si铸造合金的力学性能。

2、为实现上述目的，本发明公开了一种al-si铸造合金用复合变质剂，所述复合变质剂包括al-sr中间合金和al-ca中间合金；

3、所述al-si铸造合金和复合变质剂质量比为100：(0.001～2)；所述al-si铸造合金和al-sr中间合金的质量比为100：(0.001～1.2)，al-si铸造合金和al-ca中间合金的质量比为100：(0.001～1.2)；

4、进一步地，所述al-sr中间合金和al-ca中间合金均先被破碎而后球磨，球磨粒度为150～300目；

5、本发明提供了一种al-si铸造合金的变质处理方法，具体包括以下工艺步骤：

6、(1)对al-si铸造合金进行精炼处理，然后将复合变质剂加入精炼后的al-si铸造合金中，进行变质处理，得到熔体；

7、(2)将步骤(1)中的熔体进行搅拌，得到变质后的熔体；

8、(3)将步骤(2)中变质后的熔体浇铸到铸模，冷却至室温，成锭，得到变质后的al-si铸造合金。

9、步骤(1)中所述al-si铸造合金的化学成分按质量百分比含si8.5～10％，mg0.3～0.4％，mn0～0.4％，fe0.1～0.3％，cu0.1～0.4％，zn0.1～0.3％，ti0～0.15％，zr0.1～0.3％，其余为al与不可避免的杂质；

10、步骤(1)中所述的进行精炼处理为，向熔体中通入高纯ar气，压强为0.15～0.25mpa，通气时间为5～15min，所述的高纯ar气的纯度不低于99.99％；

11、步骤(1)中所述变质处理的变质温度为700～720℃，变质时间为5～60min；

12、步骤(2)中所述的搅拌的速度为100～300r/min，搅拌的时间为5～15min；

13、步骤(3)中浇铸温度为700～730℃，铸模的冷却速度为10～100℃/s；

14、步骤(3)中所述的变质后的al-si铸造合金中sr和ca的元素质量百分比分别为0.001～0.06％和0.001～0.06％，所述的sr和ca的元素质量百分比之和为0.001～0.1％；

15、步骤(3)中经所述的变质后的al-si铸造合金的组织均匀致密，气孔、疏松得到充分改善，组织中的共晶si显著球化、颗粒化，平均尺寸为1～7μm。

16、本发明的一种al-si铸造合金用复合变质剂及其变质处理方法，具有以下有益效果：

17、(1)本发明的复合变质剂，减少了吸气倾向，净化了熔体，增强了共晶si的变质效果，且变质效果稳定、长效；

18、(2)本发明的复合变质处理方法，简单高效、成本低廉，污染较小，较为环保，适宜大量推广。

技术特征：

1.一种al-si铸造合金用复合变质剂，其特征在于，所述复合变质剂包括al-sr中间合金和al-ca中间合金；所述al-si铸造合金和复合变质剂质量比为100：(0.001～2)；所述al-si铸造合金和al-sr中间合金的质量比为100：(0.001～1.2)，al-si铸造合金和al-ca中间合金的质量比为100：(0.001～1.2)。

2.根据权利要求1所述的al-si铸造合金用复合变质剂，其特征在于，所述al-sr中间合金和al-ca中间合金均需被破碎而后球磨，所述球磨粒度为150～300目。

3.一种权利要求1～2所述的al-si铸造合金用复合变质剂的变质处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的al-si铸造合金用复合变质剂的变质处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述al-si铸造合金的化学成分按质量百分比含si8.5～10％，mg0.3～0.4％，mn0～0.4％，fe0.1～0.3％，cu0.1～0.4％，zn0.1～0.3％，ti0～0.15％，zr0.1～0.3％，其余为al与不可避免的杂质。

5.根据权利要求3所述的al-si铸造合金用复合变质剂的变质处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述的进行精炼处理为，向熔体中通入高纯ar气，压强为0.15～0.25mpa，通气时间为5～15min，所述的高纯ar气的纯度不低于99.99％。

6.根据权利要求3所述的al-si铸造合金用复合变质剂的变质处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述变质处理的变质温度为700～720℃，变质时间为5～60min。

7.根据权利要求3所述的al-si铸造合金用复合变质剂的变质处理方法，其特征在于，步骤(2)中所述的搅拌的速度为100～300r/min，搅拌的时间为5～15min。

8.根据权利要求3所述的al-si铸造合金用复合变质剂的变质处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述浇铸温度为700～730℃，铸模的冷却速度为10～100℃/s。

9.根据权利要求3所述的al-si铸造合金用复合变质剂的变质处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述变质后的al-si铸造合金中sr和ca的元素质量百分比分别为0.001～0.06％和0.001～0.06％，所述的sr和ca的元素质量百分比之和为0.001～0.1％。

10.根据权利要求3所述的al-si铸造合金用复合变质剂的变质处理方法，其特征在于，步骤(3)中经所述的变质后的al-si铸造合金的组织均匀致密，气孔、疏松得到充分改善，组织中的共晶si显著球化、颗粒化，平均尺寸为1～7μm。

技术总结
本发明公开了一种Al‑Si铸造合金用复合变质剂及其变质处理方法，属于铝合金技术领域。该复合变质剂包括Al‑Sr和Al‑Ca中间合金。将由Al‑Sr和Al‑Ca中间合金组成的复合变质剂对精炼后的Al‑Si铸造合金进行变质处理。经变质处理后的Al‑Si铸造合金中Sr和Ca的含量百分比均为0.001～0.06％。利用本发明的复合变质剂及其变质处理方法获得的Al‑Si铸造合金的组织均匀致密，气孔、疏松等得到充分改善，共晶Si显著球化、颗粒化，平均尺寸为1～7μm。本发明的复合变质处理方法，简单高效、成本低廉，污染较小，较为环保，适宜大量推广。

技术研发人员：张海涛,邹晶,付金程,余创
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13