一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂以及变质处理方法技术

本发明专利技术公开了一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂以及变质处理，该变质剂由Al‑5wt％Gd中间合金和Al‑5wt％Zr中间合金组成。是在铝硅铸造合金熔炼过程中，先后加入Gd、Zr元素，实现对铝硅铸造合金的细化与变质处理。细化与变质后的铝硅铸造合金中Gd的含量为0.1～0.8wt％，Zr的含量为0.1～0.8wt％。稀土元素Gd对铝硅铸造合金有较弱的晶粒细化效果和共晶硅变质效果。当Zr与Gd复合添加时，不但获得了很好的晶粒细化效果，而且同时获得了很好的远好于两种元素单独添加的共晶硅变质效果。由于组织的改善，合金的力学性能也有所提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于铝硅铸造合金用的变质剂。
技术介绍
Al－Si合金熔炼时的变质处理是生产中改善Al－Si合金组织、性能的关键技术，近共晶Al－Si合金目前在工业生产中主要采用钠、钠盐和锶进行变质处理。铸造Al－Si合金中组大晶粒，共晶硅都限制了合金的应用。通常需要对其进行细化与变质。目前被广泛使用的晶粒细化剂有Al－Ti－B、Al－Ti－C或Al－B等。常用的变质剂有Na、Sr等。然而，Al－Ti－B、Al－Ti－C中的Ti会与Al－Si合金中的Si反应，降低晶粒细化效果。而Al－B中的B会与Sr变质剂发生毒化。
技术实现思路
为了使Al－Si铸造合金的晶粒达到细化、同时共晶硅达到变质，本专利技术设计了一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂。在本专利技术的变质剂中Zr对Al－Si铸造合金具有很好的晶粒细化效果，却无变质效果。稀土元素Gd对Al－Si铸造合金有较弱的晶粒细化效果和共晶硅变质效果。当Zr与Gd复合添加时，不但获得了很好的晶粒细化效果，而且同时获得了很好的远好于两种元素单独添加的共晶硅变质效果。由于组织的改善，合金的力学性能也有有所提高。在本专利技术中，用于对铝硅铸造合金进行细化变质的元素是Gd与Zr的复合变质剂。本专利技术的一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂，其变质剂由Al－5wt％Gd中间合金和Al－5wt％Zr中间合金组成。经所述变质剂处理后制得的铝硅铸造合金中Gd的含量为0.1～0.8wt％，Zr的含量为0.1～0.8wt％。本专利技术Gd与Zr的复合变质剂对铝硅铸造合金的细化与变质的优点：①本专利技术Gd与Zr的复合变质剂具有长效性和重熔稳定性。②使得铝硅铸造合金得到较好的晶粒细化效果，平均晶粒尺寸细化到小于80微米。③使得铝硅铸造合金得到较好的共晶硅变质效果，共晶硅形貌变为纤维状，共晶硅尺寸下降到小于2微米。④在对铝硅铸造合金变质过程中不产生有害气体，不腐蚀设备。附图说明图1A是未细化变质前的实施例1成分的合金的宏观晶粒照片。图1B是经本专利技术Gd与Zr的复合变质剂细化变质后的实施例1成分的合金的宏观晶粒照片。图2A是未细化变质前的实施例1成分的合金的共晶硅形貌扫描电镜图。图2B是经本专利技术Gd与Zr的复合变质剂细化变质后的实施例1成分的合金的共晶硅形貌扫描电镜图。图3是细化变质前后实施例1成分的合金的力学性能图。图4A是未细化变质前的实施例2成分的合金的宏观晶粒照片。图4B是经本专利技术Gd与Zr的复合变质剂细化变质后的实施例2成分的合金的宏观晶粒照片。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术设计了一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂，该变质剂由Al－5wt％Gd中间合金和Al－5wt％Zr中间合金组成。所述变质剂的用量是以制得铝硅铸造合金来限定的，即经所述变质剂处理后制得的铝硅铸造合金中Gd的含量为0.1～0.8wt％，Zr的含量为0.1～0.8wt％。制备本专利技术铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂的方法：步骤A，将纯铝(Al)和纯钆(Gd)放入高频感应炉内，在熔炼温度为800℃～900℃，熔炼时间30min～50min后；在铸锭温度不低于750℃时浇铸到金属模具中，经冷却、脱模，制得Al－5％wtGd中间合金；步骤B，将纯铝(Al)和纯锆(Zr)放入高频感应炉内，在熔炼温度为1000℃～1200℃，熔炼时间30min～50min后；在铸锭温度不低于850℃时浇铸到金属模具中，经冷却、脱模，制得Al－5wt％Zr中间合金。实施例1细化变质处理后的Al－Si铸造合金的成分记为最终产物A：Al－Si铸造合金原材料(质量百分数)：Al－9％Si－0.6％Mg中间合金和铝锭(铝锭的质量百分比纯度为99.7％)。变质剂(质量百分数)：Al－5wt％Gd中间合金和Al－5wt％Zr中间合金。用量：制500g的最终产物A需要389g的Al－9％Si－0.6％Mg中间合金、40g的Al－5wt％Gd中间合金、25g的Al－5wt％Zr中间合金和余量的铝锭。将Al－9％Si－0.9％Mg中间合金和铝锭放入高频感应加热炉内，调节熔炼温度800℃、熔炼时间20min；待完全熔化后，在温度800℃先加入Al－5wt％Gd中间合金，搅拌均匀后保温5min；再加入Al－5wt％Zr中间合金，搅拌均匀后保温5min；待熔体降温至750℃，浇铸到金属模具中，冷却，取出铸锭，进行组织性能分析。高频感应加热炉选用深圳市东达实业有限公司生产的DD－25I型号。对实施例1制得的最终产物A采用Olympus BX51M型金相显微镜进行晶粒放大观察，如图1A和图1B所示，图中晶粒被显著细化。平均晶粒尺寸由3012微米减小到80微米，使得最终产物A的合金组织改善。对实施例1制得的最终产物A用JEOL JSM－6010LA型扫描电镜进行共晶硅形貌观察。共晶硅由粗大片状转为纤维状，共晶硅尺寸明显减小。如图2A和图2B所示，共晶硅平均尺寸由17.6微米下降到1.8微米。对实施例1制得的最终产物A进行热处理，从而获得力学性能的测试。采用T6热处理工艺，即在535℃保温10h进行固溶处理后，水中淬火，在175℃保温8小时进行时效处理，空气中冷却。对热处理后的产物采用50KN Instron液压伺服疲劳试验机(Instron8801)对T6热处理态合金进行力学性能测试，拉伸速率为0.2mm/min。如图3所示经本专利技术的细化变质处理后，合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为325.5MPa、282.7MPa、3.7％，对比处理前的为255.5MPa、224.7MPa、2.8％。在实施例1中使用本专利技术Zr与Gd的复合变质剂进行细化变质处理，同时达到了较好的晶粒细化与共晶硅变质效果。平均晶粒尺寸80微米以下和平均共晶硅尺寸2微米以下同时获得，并且共晶硅形貌变为纤维状。而传统Gd单独变质对晶粒细化和共晶硅变质效果并不佳，Zr单独变质仅能使平均晶粒尺寸降低到100微米以下，无法获得好的共晶硅变质效果。Zr与Gd的复合变质处理，显著的改善了最终产物A的组织，提高了性能。实施例2对A356型号的Al－Si铸造合金的细化变质处理，得到的成分记为最终产物B：A356型号的Al－Si铸造合金的成分请参考《有色金属》第60卷第4期，2008年11月，“A356铝合金力学性能与微观结构”，范宋杰等。变质剂(质量百分数)：Al－5％Gd中间合金和Al－5％Zr中间合金。用量：制500g的最终产物B需要450g的A356型号的Al－Si铸造合金、25g的Al－5wt％Gd中间合金和25g的Al－5wt％Zr中间合金。将外购的A356型号Al－Si铸造合金放入高频感应炉内，调节熔炼温度750℃、熔炼时间30min；待完全熔化后，在温度750℃先加入Al－5％Gd中间合金，搅拌均匀后保温12min；再加入Al－5％Zr中间合金，搅拌均匀后保温5min；待熔体降温至720℃，浇铸到金属模具中，冷却，取出铸锭，进行组织性能分析。高频感应加热炉选用深圳市东达实业有限公司生产的DD－25I型号。采用与实施例1相同的方法进行性能测试：对A356型号的Al－Si铸造合金进行本专利技术的细化变质处理，其金相显微镜下观察，晶粒被显著细化。如图4A、图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂，其特征在于：变质剂由Al－5wt％Gd中间合金和Al－5wt％Zr中间合金组成。

【技术特征摘要】
1.一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂，其特征在于：变质剂由Al－5wt％Gd中间合金和Al－5wt％Zr中间合金组成。2.根据权利要求1所述的铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂，其特征在于：按目标成分Al－5wt％Gd中间合金称取纯铝(Al)、纯钆(Gd)，在高频感应炉内熔炼后铸锭制得；熔炼温度800℃～900℃、熔炼时间30min～50min；铸锭温度不低于750℃。3.根据权利要求1所述的铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂，其特征在于：按目标成分Al－5wt％Zr称取纯铝(Al)、纯锆(Zr)，在高频感应炉内熔炼后铸锭制得；熔炼温度1000℃～1200℃、熔炼时间30min～50min；铸锭温度不低于850℃。4.根据权利要求1所述的铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂，其特征在于：经所述变质剂处理后制得的铝硅铸造合金中Gd的含量为0.1～0.8wt％，Zr的含量为0.1～0.8wt％。5.根据权利要求1所述的铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂，其特征在于：变质剂为铸锭。6.应用权利要求1所述稀土－锆复合的细化变质剂进行铝硅铸造合金的变质处理方...

【专利技术属性】
技术研发人员：马朝利，刘文祎，肖文龙，徐聪，刘茂文，王成远，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11