一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法

本发明属于合金铸造，涉及一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法。

背景技术：

1、铝硅系铸造合金由于低成本，高强度，耐腐蚀而广泛应用于汽车，航空等领域。但是凝固过程中所形成的共晶硅极大的影响了铝硅系铸造合金的力学性能，为了进一步提高铝硅系铸造合金的力学性能。晶粒细化和共晶硅的变质成为了研究热点。sr和al-ti-b中间合金常常以共晶硅变质剂和晶粒细化剂而被添加到铝硅合金当中。然而，sr和b会在液体中形成srb6从而减弱他们的变质和细化效果。此外，当铝硅合金中硅的含量大于3wt.%时，al-ti-b中间合金的晶粒细化效果会失去作用。因为al3ti会由于硅的毒化而无法生成。al3ti作为铝基体的异质形核相无法生成会导致铝硅合金的晶粒尺寸变大，影响其力学性能。sc作为一种稀土元素，被发现其不仅具有细化晶粒的作用，而且还有变质共晶硅的效果。为了减少合金中元素互相影响的不利影响，sc因为具有双重作用而被应用。

2、但是在目前的研究中发现，sc的细化作用和变质作用与冷却速度息息相关，在慢冷速下，sc的晶粒细化效果较好但是变质效果较弱。而在快冷速下，sc的变质效果良好但是细化效果减弱。冷速对sc的晶粒细化和变质作用的同时发挥具有较大限制。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，解决在铝硅系合金中硅对晶粒细化相的毒化问题；使得能够同时发挥sc在铝硅系铸造合金中的晶粒细化作用和变质共晶硅的效果，从而得到高强度的铝硅系铸造合金。

2、为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

3、一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，包括以下步骤：

4、1）将制备含钪铝硅系合金的原料熔化成熔体；

5、2）将熔体浇注并进行第一阶段冷却凝固至温度为630~620℃或以上；第一阶段冷却凝固的冷却速度≤5.5℃/s；

6、3）然后继续对熔体进行第二阶段冷却凝固至温度为630~620℃以下得到铸件；第二阶段冷却凝固的冷却速度＞5.5℃/s；

7、4）将得到的铸件进行t6热处理，得到高强度的含钪铝硅系合金。

8、优选的，按照质量百分比计，制备含钪铝硅系合金原料的组成为：si：6.5~7.5wt.%，mg：0.45~0.75 wt.%，ti：0.1~0.2 wt.%，sc：0.3~1 wt.%，不可避免的杂质≤0.2wt.%，余量为al。

9、优选的，步骤1）是将纯铝、纯硅、铝钛中间合金、铝钪中间合金在730~750℃下熔化，熔化保温后加入纯镁并静置20-40min。

10、优选的，加入纯镁并静置后，加入c2cl6进行除气；除气之后将熔化的液体放入炉内静置30min得到准备浇注的熔体。

11、更优的，取熔体总质量0.5 wt.%的c2cl6进行除气。

12、优选的，先进行第一阶段冷却凝固之后进行第二阶段冷却凝固：是指将熔体浇注到预热至700℃的水冷铜模中且不开启水冷装置，水冷铜模中放置一根铠装热电偶并连接到测温仪器；当熔体温度为630℃时，打开水冷装置，增大冷却速度。

13、优选的，所述的t6热处理，是540℃固溶6～8小时，175℃时效8～10小时。

14、更优的，固溶结束后将铸件立即放入15-30℃的水中。

15、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

16、本发明基于梯度凝固的方法，在浇注的过程中使含钪铝硅系合金在凝固过程中被分为两个阶段，第一阶段为630~620℃以上，要求冷却速度≤5.5℃/s，第二阶段为630~620℃以下，要求冷却速度＞5.5℃/s，采用梯度凝固可以解决在铝硅系合金中硅对晶粒细化相的毒化问题，得到新型晶粒细化相(al, si)3(ti, sc)，从而使获得的铸件晶粒尺寸较小，屈服强度得到了提高。

技术特征：

1.一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，按照质量百分比计，制备含钪铝硅系合金原料的组成为：si：6.5~7.5 wt.%，mg：0.45~0.75 wt.%，ti：0.1~0.2 wt.%，sc：0.3~1 wt.%，不可避免的杂质≤0.2 wt.%，余量为al。

3.根据权利要求1所述的一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，步骤1）是将纯铝、纯硅、铝钛中间合金、铝钪中间合金在730~750℃下熔化，熔化保温后加入纯镁并静置20-40min。

4.根据权利要求3所述的一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，加入纯镁并静置后，加入c2cl6进行除气；除气之后将熔化的液体放入炉内静置30min得到准备浇注的熔体。

5.根据权利要求4所述的一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，取熔体总质量0.5 wt.%的c2cl6进行除气。

6.根据权利要求1所述的一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，先进行第一阶段冷却凝固之后进行第二阶段冷却凝固：是指将熔体浇注到预热至700℃的水冷铜模中且不开启水冷装置，水冷铜模中放置一根铠装热电偶并连接到测温仪器；当熔体温度为630℃时，打开水冷装置，增大冷却速度。

7.根据权利要求1所述的一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，所述的t6热处理，是540℃固溶6～8小时，175℃时效8～10小时。

8.根据权利要求7所述的一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，固溶结束后将铸件立即放入15-30℃的水中。

技术总结
本发明公开了一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，属于合金铸造技术领域；该方法是将含钪铝硅系合金在凝固过程中分为两个阶段，第一阶段为凝固至630~620℃或以上，要求冷却速度≤5.5℃/s，第二阶段为凝固至630~620℃以下，要求冷却速度大于5.5℃/s，采用梯度凝固可以解决在铝硅系合金中硅对晶粒细化相的毒化问题，得到新型晶粒细化相(Al,Si)<subgt;3</subgt;(Ti,Sc)，从而使获得的铸件晶粒尺寸较小，屈服强度得到了提高。

技术研发人员：廉鹏,毛红奎,蔚琦,马瑞林,白霄宇,李聪
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15