一种稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金及其制备方法技术

一种稀土变质的Al‑Si‑Mg‑Mn铸造合金及其制备方法，属于金属材料及冶金技术领域，成分按重量百分比含Si 6.0～8.5％，Mg 0.65～1.5％，Mn 0.25～0.75％，Ti 0.08～0.25％，Be≤0.2％，Zn≤0.5％，Cr≤0.5％，Zr≤0.5％，余量为Al；制备方法为：(1)准备原料；(2)铝锭加热成铝熔体，加入其他原料铝熔体中，熔化后搅拌均匀；(3)加入精炼剂进行精炼处理；然后加入Al‑10RE变质剂进行变质处理；(4)除气后扒渣，700～800℃静置，然后浇注成铸件；(5)将铸件进行固溶处理和时效处理。本发明专利技术的方法利用稀土变质后，解决了提高Mn含量导致的变质效果退化衰退的问题，充分发挥高Mg合金的沉淀强化效果，实现合金力学性能提升。

Rare earth modified Al-Si-Mg-Mn casting alloy and preparation method thereof

A rare earth modified Al_Si_Mg_Mn casting alloy and its preparation method belong to the field of metal materials and metallurgical technology. The composition of the alloy contains Si 6.0-8.5%, Mg 0.65-1.5%, Mn 0.25-0.75%, Ti 0.08-0.25%, Be < 0.2%, Zn < 0.5%, Cr < 0.5%, Zr < 0.5% by weight percentage, and the remainder is Al. The methods are as follows: (1) preparing raw materials; (2) heating aluminum ingot into aluminum melt, adding other raw materials into aluminum melt, stirring evenly after melting; (3) adding refining agent for refining; then adding Al_10RE modifier for modification; (4) removing slag after degassing, 700-800 C static, and then pouring into the casting; (5) solid solution of the casting. Treatment and aging treatment. The method of the invention solves the problem of degeneration of the modification effect caused by increasing Mn content by using rare earth modification, fully exerts the precipitation strengthening effect of the high Mg alloy, and realizes the improvement of the mechanical properties of the alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料及冶金
，具体涉及一种稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金及其制备方法。
技术介绍
Al-Si铸造合金具有良好的铸造工艺性能和气密性，可用于砂型、金属型铸造和压力铸造，是当前工业中应用最广泛的铸造铝合金；它们还具有良好的机械性能和抗腐蚀性能，可用于各种承受中等载荷的结构件和附件，以及耐腐蚀的零件。Al-Si二元合金中添加Mg形成Al-Si-Mg系合金，Mg和Si结合形成Mg2Si相，能参与合金的固溶—沉淀强化，因而可通过热处理提高合金的机械性能；比如，ZL101和ZL101A，含有0.25～0.45wt％的Mg，具有显著的沉淀强化效应；进一步提高Mg含量，比如，ZL114A，Mg含量提高到0.45～0.6wt％，力学性能显著提高；根据这个规律，再进一步提高Mg含量，可以形成更多的强化相Mg2Si，从而可以进一步提高合金的力学性能。但是，研究表明，简单地进一步提高Mg含量并不能显著改善合金的力学性能，可能是因为提高Mg含量导致共晶Si颗粒的分解和粗化温度降低；在固溶处理过程中导致共晶Si颗粒过分粗化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金及其制备方法，提高Mg和Mn含量，通过添加稀土元素达到最佳变质效果，从而实现比现有亚共晶型Al-Si合金更高的力学性能，同时简化工艺步骤，降低生产成本。本专利技术的稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金的成分按重量百分比含Si6.0～8.5％，Mg0.65～1.5％，Mn0.25～0.75％，Ti0.08～0.25％，Be≤0.2％，Zn≤0.5％，Cr≤0.5％，Zr≤0.5％，余量为Al和杂质，所述杂质中，Fe≤0.5％，其它杂质元素总含量≤1.0％，抗拉强度345～375MPa，延伸率5.4～6.4％。上述的稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金的优选成分按重量百分比含Si6.5～7.5％、Mg0.8～1.25％、Mn0.35～0.55％、Ti0.1～0.25％、Be≤0.1％、Zn≤0.5％、Cr≤0.5％、Zr≤0.5％，余量为Al和杂质，所述杂质中：Fe≤0.5％；其它杂质元素总含量≤1.0％，抗拉强度355～375MPa，延伸率5.9～6.4％。上述的稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金，利用RE(稀土元素)做变质剂。RE为La，或者Ce，或者为以La和Ce为主的混合稀土。用量为0.03-0.3wt％本专利技术的稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金的制备方法按以下步骤进行：1、按上述设定成分准备原料；所述原料为铝锭、镁锭、锌锭、锰添加剂、钛添加剂、锆添加剂、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金、铝硅中间合金、铝铬中间合金和/或铝铍中间合金；2、将铝锭加热熔化形成铝熔体，温度控制在700～800℃，将其他原料加入铝熔体中，至全部原料熔化后，搅拌均匀，形成合金熔体，温度控制在700～800℃；3、向合金熔体中加入精炼剂进行精炼处理；然后向合金熔体中加入Al-10RE变质剂进行变质处理，加入量为铝合金熔体总重量的0.3～3％；所述的RE选用La和/或Ce；4、将经过变质处理的合金熔体除气后扒渣，再在700～800℃静置15～25min，使熔体中的杂质沉淀或上浮，然后浇注成铸件；5、将铸件进行固溶处理和时效处理，制成稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金的铸件。上述的精炼剂选用任何具有精炼效果的精炼剂，比如RJ-1精炼剂，精炼剂的加入量为铝合金熔体总重量的0.2～0.8％。上述的除气是采用除气机向铝水中通入氩气或氮气，氩气或氮气的流量为0.2～0.3m3/h。上述的固溶处理是在520～560℃保温3～30小时，然后淬火冷却。上述的时效处理是在150～200℃保温3～30小时，然后空冷。上述方法中，加入Cr和Be元素时，分别选用铝铬中间合金和铝铍中间合金。上述方法中，加入Mn、Ti和Zr元素时，分别选用铝锰中间合金、铝钛中间合金和铝锆中间合金，或者分别选用锰添加剂、钛添加剂和锆添加剂。上述方法中，加入Mg和Zn元素时，分别选用镁锭和锌锭。上述方法中，加入Si，选用金属硅或铝硅中间合金。在Al-Si合金中，元素Mn一直被认为是有害杂质元素，其含量被限制在0.1％以下；研究发现提高合金的Mn含量，解决了提高Mg含量导致的共晶Si颗粒过度粗化问题，抑制了共晶Si颗粒粗化；从而，可以使Mg含量大幅度提高，充分发挥Mg2Si相的强化效果，大幅度提高了Al-Si合金的力学性能；但是，大幅度提高Mn含量后，导致Sr变质剂变质能力退化，而且，衰退快，变质有效期缩短，生产时，需要加大变质剂用量，在铸造后期，需要追加变质。试验表明，利用稀土变质后，变质效果大为提高，解决了由于提高Mn含量导致的变质效果退化和衰退的问题，从而可以在Al-Si为主成分的基础上提高合金元素Mg和Mn的含量；提高Mg含量促进了强化相Mg2Si的析出，提高了沉淀强化的效果，达到提高合金力学性能的目的；提高Mn含量，提高了共晶Si颗粒的分解和粗化温度，抑制了共晶Si颗粒粗化，从而减小甚至消除了因为提高Mg含量导致的共晶Si颗粒的分解和粗化温度降低的负面影响，能够充分发挥高Mg合金的沉淀强化效果，实现合金力学性能提升。附图说明图1为本专利技术对比例1采用Al-10Sr变质剂时获得的铸锭铸态共晶Si的金相组织图；图2为本专利技术实施例1采用稀土变质剂时获得的铸锭铸态共晶Si的金相组织图。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；本专利技术实施例提供一种Al-Si-Mg-Mn铸造合金材料，通过以下具体实施例对本专利技术的Al-Si系铸造铝合金材料及其制备方法做详细说明；每个实施例均为制备100kg合金；本专利技术实施例中选用的重熔用铝锭为国家标准GB/T1196-2008《重熔用铝锭》中的Al99.70，其含铝量不小于99.70wt％；或铸造行业常用的预合金化铸造铝合金锭，比如国家标准GB/T8733-2016《铸造铝合金锭》中的356Z.3，含Si6.5～7.5wt％，Mg0.3～0.4wt％，Ti0.1～0.2wt％，Fe≤0.12wt％，Mn≤0.05wt％，余量为Al和其它杂质元素。本专利技术实施例中除气是采用除气机向加入铝水中通入氩气，氩气的流量为0.2～0.3m3/h。本专利技术实施例中变质剂在铸件中的残余量忽略不计。本专利技术实施例中变质处理后，向铝合金熔体中加入或不加入Al-5Ti-B晶粒细化剂细化晶粒，加入量为铝合金熔体总重量的0.1～0.2％。对比例1合金设计成分为Si7.0wt％，Mg1.0wt％，Mn0.45wt％，Ti0.15wt％，余量为Al；准备铝锭、铝钛中间合金、镁锭和85锰剂(含85％Mn的铝合金元素添加剂)；铝锭为预合金化铝锭356z.3；将铝锭加热熔化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土变质的Al‑Si‑Mg‑Mn铸造合金，其特征在于成分按重量百分比含Si 6.0～8.5％，Mg 0.65～1.5％，Mn 0.25～0.75％，Ti 0.08～0.25％，Be≤0.2％，Zn≤0.5％，Cr≤0.5％，Zr≤0.5％，余量为Al和杂质，所述杂质中，Fe≤0.5％，其它杂质元素总含量≤1.0％，抗拉强度345～375MPa，延伸率5.4～6.4％。

【技术特征摘要】
1.一种稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金，其特征在于成分按重量百分比含Si6.0～8.5％，Mg0.65～1.5％，Mn0.25～0.75％，Ti0.08～0.25％，Be≤0.2％，Zn≤0.5％，Cr≤0.5％，Zr≤0.5％，余量为Al和杂质，所述杂质中，Fe≤0.5％，其它杂质元素总含量≤1.0％，抗拉强度345～375MPa，延伸率5.4～6.4％。2.根据权利要求1所述的一种稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金，其特征在于优选成分按重量百分比含Si6.5～7.5％、Mg0.8～1.25％、Mn0.35～0.55％、Ti0.1～0.25％、Be≤0.1％、Zn≤0.5％、Cr≤0.5％、Zr≤0.5％，余量为Al和杂质，所述杂质中：Fe≤0.5％；其它杂质元素总含量≤1.0％，抗拉强度365～375MPa，延伸率5.9～6.2％。3.一种权利要求1所述的稀土变质的Al-Si-Mg-Mn铸造合金的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)按上述设定成分准备原料；所述原料为铝锭、镁锭、锌锭、锰添加剂、钛添加剂、锆添加剂、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金、铝硅中间合金、铝铬中间合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉林，毕常兰，何芳，何国元，裔国宇，
申请(专利权)人：大亚车轮制造有限公司，沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32