一种稀土Er变质亚共晶铝硅合金的方法技术

一种稀土Er变质亚共晶铝硅合金的方法，属于铝合金铸造技术领域。铝硅合金在熔融后，添加精炼剂进行精炼除气，随后加入Er元素，在720℃温度下静置保温，在一定温度下浇注成形。稀土元素Er具有良好的变质作用，其变质潜伏期短、变质有效时间长。此外，Er对铝合金还具有脱氢除气、减少氧化夹杂物的作用，改善合金的组织，提升其力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铝合金铸造
，特别涉及亚共晶铝硅合金变质处理方法。
技术介绍
亚共晶铝硅合金由于其铸造流动性好、气密性好、收缩率小、热裂倾向小，成为一种应用最广泛的铸造合金。但在铸态合金中，共晶硅相是以片层状的形态分布在铝基体上，粗大的片层状硅相会严重割裂合金基体，且易在硅相尖端和棱角部位引起应力集中，导致合金的力学性能明显降低。目前在工业生产中，一般采用变质处理的方法来消除硅相的不利影响。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，从而粗大的片层状硅相变质成细小颗粒状，大大提升合金的力学性能。针对亚共晶铝硅合金的变质主要有Na变质、Sr变质、Sb变质和稀土变质。Na元素变质虽然变质效果好，可使片状的共晶硅相纤维化，但是易衰退失效。Sr变质虽然具有长效性、重熔性好、变质效果明显等优点，但潜伏期长、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、脱气等优点，但Sb变质效果一般，且相应时间慢。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有变质方法的缺点，提出一种用于亚共晶铝硅合金的新型变质方法，其具有变质效果好、响应时间快、抗衰退性好、成本低廉、工艺简单等优点。此外，还具有脱氢除气、精炼熔体、减少氧化夹杂物的作用。—种变质亚共晶铝硅合金的新方法，主要包括中间合金加入、静置保温、浇注等步骤，其特征在于:铝硅合金在熔融后，添加精炼剂进行精炼除气，随后加入Er元素，在720°C温度下静置保温，在一定温度下浇注成形。Er元素以合金形式加入，Er元素在合金熔液中的质量百分含量控制在0.05-0.5wt.%，优选0.3wt.%，此时的变质效果最佳。Er元素以Al-Er合金加入后，在720°C温度下静置保温lOmin，此时的变质效果最佳。加入Al-Er合金后，在740°C温度下浇注成形，此时的变质效果最佳。本专利技术具体技术方案如下:(I)按亚共晶铝硅合金的成分进行配料；(2)将配好的亚共晶铝硅合金的原料如包括高纯铝、铝硅合金、铝铜合金、铝锰合金等放入干燥箱内干燥后，随后放入石墨黏土坩祸(如2.5Kg石墨黏土坩祸)中随炉加热；在电阻炉中将合金熔化之后，加热至720°C ；(3)用预热至300°C的石墨钟罩，将铝箔包裹精炼剂压入步骤(2)合金熔液内部并缓慢搅拌，精炼剂为质量比1:1的六氯乙烷和氟硅酸钠，加入量为合金熔液质量的0.5% -2.0%，一分钟后用扒渣勺除去表面的残渣；(4)向步骤(3)合金熔液中加入Er元素，充分搅拌，Er元素在合金熔液中的质量百分含量控制在0.05-0.5wt.%，优选0.3wt.% ；(5)步骤(4)的合金熔液在一定温度下进行保温静置处理之后，在一定温度时浇注到事先预热到250°C的金属型模具中。本专利技术所用的中间合金均为常用合金。在亚共晶铝硅合金中添加Er后，适量的添加改变了共晶硅相的形貌和大小，硅相由粗大的层片状变为细小的颗粒状，且共晶Si相的平均面积下降了 80%，产生很明显的变质效果。在凝固过程中，当熔液达到共晶反应点时，发生共晶形核。硅相作为领先相，其固液界面前沿存在着很多界面台阶，硅原子在这些台阶上堆砌长大，加入Er元素之后，Er元素吸附在硅原子生长台阶上，由于Er原子半径远远大于硅原子，改变了硅相密排面的原子堆积次序及生长方向，从而产生变质效果。在Er变质中熔液的冷却速率起到一定的影响，因此浇注时选择金属型模具。本专利技术在保温时间为60min时，仍有保持最佳的变质效果，具有长效性，克服了 Na变质的易衰退缺点。在铸态组织中存在的气孔率和缩孔率很低，克服了 Sr变质过程容易析氢的缺点，不发生氯化反应，克服了 Sr变质易烧损的缺点。添加Er元素5min后，共晶硅的形貌和大小就得到极大地优化，克服Sb变质响应慢、效果差的缺点；稀土Er易与氧、硫、卤族元素等形成化学性质稳定的化合物，沉淀在熔液底部，起到精炼的目的。Er与铝合金中的低熔点元素Sn、B1、Pb、Zn等生成熔点高、密度轻的二元或多元化合物，这些化合物上浮成渣析出从而净化铝液。稀土元素Er具有良好的变质作用，其变质潜伏期短、变质有效时间长。此外，Er对铝合金还具有脱氢除气、减少氧化夹杂物的作用，改善合金的组织，提升其力学性能。【附图说明】图1为500倍未变质的亚共晶铝硅合金的铸态组织扫面电镜图；图2为500倍充分变质后的亚共晶铝硅合金的铸态组织扫面电镜图；图3为5000倍未变质的亚共晶铝硅合金的铸态组织扫面电镜图；图4为5000倍充分变质后的亚共晶铝硅合金的铸态组织扫面电镜图。【具体实施方式】本专利技术对于亚共晶铝硅合金均适用，本专利技术的以下是害死了只是为了详细的举例说明，但本专利技术并不局限于以下实施方式，凡是本专利技术的核心技术条件下的各种修改和替换，均属于本专利技术的范围之内。其中未变质的亚共晶铝硅合金指的是不加Er元素的过程。实施例1:I)在对亚共晶铝硅合金进行配料的过程中，配制铝硅合金、铝铜合金、铝锰合金与纯镁后，Si元素在合金中质量比为7wt.%，Cu元素在合金中质量比为0.05wt.%，Mn元素在合金中质量比为0.08wt.%，Mg元素在合金中质量比为0.35wt.%；2)在电阻炉中将纯铝与所有合金熔化之后，加热至720°C;3)用六氯乙烷和氟硅酸钠(质量比1:1)组成的精炼剂进行精炼、扒渣；4)在720°C时，将事先铝箔包裹铝镁合金加入溶液中，搅拌之后保温5分钟；5)以一定形式向合金中加入Er元素，充分搅拌，Er元素在合金质量控制在0.05-0.5wt.%，优选0.3wt.% ;7)加入Er元素后，进行保温处理，一定温度下浇注到预热250°C的金属型模具中。具体变质效果见图2与图4。实施例2:与实施例1不同之处在于，Si元素在合金中质量比为3wt.%，Cu元素在合金中质量比为0.05wt.%, Mn元素在合金中质量比为0.1wt.%, Mg元素在合金中质量比为0.3wt.%;加入Er元素后，在680-740 °C之间保温处理，优选保温温度为720°C，保温处理后浇注到预热250°C的金属型模具中。在此条件下可达到与实施例1相同的变质效果。实施例3:与实施例1不同之处在于，Si元素在合金中质量比为5wt.%, Cu元素在合金中质量比为0.1wt.%, Mn元素在合金中质量比为0.1wt.% ;加入Er元素后，在720°C保温10-60min，优选保温时间为lOmin，保温处理后浇注到预热250°C的金属型模具中。在此条件下可达到与实施例1相同的变质效果。实施例4:与实施例1不同之处在于，Si元素在合金中质量比为8.5wt.%, Cu元素在合金中质量比为0.1wt.%, Mn元素在合金中质量比为0.1wt.%, Mg元素在合金中质量比为0.38wt.加入Er元素后，在680-780°C条件下浇注到预热250°C的金属型模具中，优选的浇注温度为740°C。在此条件下可达到与实施例1相同的变质效果。实施例5:与实施例1不同之处在于，Si元素在合金中质量比为llwt.%，Cu元素在合金中质量比为0.2wt.%，Mn元素在合金中质量比为0.15wt.%，Mg元素在合金中质量比为0.45wt.加入Er元素后，在720°C保温1min后，在740°C时浇注到预热250°C的金属型模具中。在此条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变质亚共晶铝硅合金的新方法，主要包括中间合金加入、静置保温、浇注步骤，其特征在于：铝硅合金在熔融后，添加精炼剂进行精炼除气，随后加入Er元素，在720℃温度下静置保温，在一定温度下浇注成形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子勇，侯潇，柴丽华，李贺，杨贵芳，乔勇，聂祚仁，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11