亚共晶铝硅合金的变质细化方法技术

本发明专利技术提供了一种亚共晶铝硅合金的变质细化方法，其包括以下步骤：S

Modification and refinement of Hypoeutectic Al Si alloy

【技术实现步骤摘要】
亚共晶铝硅合金的变质细化方法
本专利技术涉及铝合金熔炼与铸造
，特别涉及一种亚共晶铝硅合金的变质细化方法。
技术介绍
在现有技术中，A356铝合金作为一种亚共晶铝硅合金，具有轻质、铸造性能好(例如流动性好、无热裂倾向、线膨胀系数小)、机械性能好(例如拉伸、冲击和疲劳强度高)及耐蚀性好等的综合优良特性，是中高档汽车轮毂和转向节的主要使用材料。A356铝合金的典型铸态组织包括α-Al、共晶硅、含Fe相及Mg2Si相等。其中，共晶硅是脆性相，在未变质前通常呈细长针状。其在外部载荷作用下易在其端部引起应力集中，严重影响合金的强度和塑性。参照AFS(美国铸造协会)根据硅相的形态和尺寸分为六级：1级(变质前，大片状+针状颗粒)、2级(片状，片状组织+针状颗粒)、3级(局部变质，片状组织开始被打断+针状颗粒)、4级(非片状,片状组织基本消失，基本没有针状颗粒)、5级(变质处理后，纤维颗粒，针状颗粒消失)和6级(最佳变质结果，组织极其细小的纤维共晶硅)，涉及到定量计算具体可用长度(length)、长短轴比(aspectratio)、直径(diameter)和圆滑度(roundness)等综合评定。另外，晶粒细化在铸造铝硅合金中虽然不如二次枝晶间距SDAS，对力学性能起着直接决定性的作用。但其可以改善抗热裂性、减少孔隙率、改善表面质量，间接对铸造性和塑性稳定性帮助至关重要。晶粒度可通过化学腐蚀进行宏观质量评定，AFS根据单位面积的晶粒数量大小分为6级：1级(极其细小，225μm)、2级(细小，400μm)、3级(中等，600μm)、4级(大，800μm)、5级(粗糙，1000μm)和6级(极其粗糙，2200μm)。另外，可采用彩色金相技术更容易分辨晶界从而计算准确。通常，工业上使用Al-Sr二元合金(Al-10Sr、Al-15Sr等)形式添加100～300ppm的Sr进行变质处理。工业上通常使用Al-Ti-B三元合金(Al-5Ti-1B、Al-3Ti-3B等)形式添加10～30ppm进行细化。然而，Si含量在大于3％情况下会与Ti反应生成Ti-Si二元相，从而降低Al3Ti和TiB2的数量和效率，最终降低晶粒细化效果。在变形铝合金中，Ti含量5～100ppm即可实现晶粒充分细化，而铸造铝合金中则需要10倍的添加量。因此，传统Al-5Ti-1B合金所提供的晶粒细化比相同条件下变形铝合金中的晶粒要粗。另外，当Sr和B同时使用时，若添加比例控制不当，Sr与B反应形成SrB6，同时降低变质和细化效果。因此，本领域技术人员需要重新审视Si、Ti、Sr、B等相互作用，并且寻求发掘更加有效和便捷的变质细化方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中当Sr和B同时使用时，若添加比例控制不当，Sr与B反应形成SrB6，同时降低变质和细化效果等缺陷，提供一种亚共晶铝硅合金的变质细化方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种亚共晶铝硅合金的变质细化方法，其特点在于，所述亚共晶铝硅合金的变质细化方法包括以下步骤：S1、熔炼A356铝合金，将合金液的成分控制在标准范围内，其中Ti含量少于10ppm；S2、进行变质处理，使合金熔体中的Sr含量为100～250ppm，B含量为100～200ppm，Sr和B的质量比值为1～2。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S2包括：S21、保持熔体范围在680～780℃范围内，将Al-Sr二元合金加入到熔体中，搅拌熔体使Sr溶解充分并分布均匀；S22、通Ar气进行精炼除气，精炼后静置10～20min；S23、扒去浮渣。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S2还包括：S24、保持熔体在680～780℃范围内，将Al-B二元合金加入熔体中，搅拌熔体使B溶解充分并分布均匀。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S2还包括：S25、保持熔体在680～780℃范围内，将熔体浇注成型为零件或铸坯。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S2中的所述Sr含量以Al-Sr二元合金形式加入，所述B含量以Al-B二元合金形式加入。根据本专利技术的一个实施例，所述变质细化方法采用所述Al-Sr二元合金作为变质剂，采用所述Al-B二元合金作为细化剂。根据本专利技术的一个实施例，所述A356铝合金中的Si含量为6.5～7.5％。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S1包括：往熔炼设备中按重量投入A356铝合金，待其完全熔化后控制各合金元素成分；保持熔体温度为680～780℃，将熔体浇入提前预热的钢制模具中成铸锭。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S22中Ar气的通气时间为20～40min。根据本专利技术的一个实施例，所述Al-Sr二元合金为Al-10Sr中间合金，所述Al-B二元合金为Al-5Ti-1B合金或Al-3B合金。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术亚共晶铝硅合金的变质细化方法具有如下诸多优点：一、被处理的A356铝合金熔体中含极少量Ti(少于10ppm)，一方面可避免Ti与Si元素反应形成的Ti-Si二元合金相毒害熔体、降低细化效果。另一方面，由于不用额外添加含Ti细化剂，所以一定程度上可降低成本。二、采用Al-B二元合金替代传统的Al-Ti-B三元合金实质上是以AlB2替代Al3Ti+TiB2作为细化晶核，可获得更佳的晶粒细化效果，从而获得更好的力学性能。此外，由于AlB2密度比TiB2小，所以其在铝液中下沉速度要小，所以维持铝液细化效果时间更长。三、采用Al-Sr二元合金作为变质剂，与Al-B细化剂相配合并按比例使用，不会出现毒害铝液导致变质度下降，从而最终可获得变质、细化俱佳的效果，可满足砂型铸造、金属型铸造和半连续铸造等多种生产工艺的要求。四、采用的变质细化方法，只是对传统方法的革新，并不会增加成本和额外工艺措施。采用的变质剂和细化剂也是常用的，不含贵重元素和有害元素，易于购买、易于操作。附图说明本专利技术上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：图1为本专利技术亚共晶铝硅合金的变质细化方法中合金熔体中Ti、Sr和B元素含量的控制示意图。图2为本专利技术亚共晶铝硅合金的变质细化方法中未变质的A256铝合金铸锭显微组织的示意图。图3为常规方法未控制Ti含量的A356铝合金，经Al-Sr和Al-Ti-B合金处理的显微组织的示意图。图4为常规方法未控制Ti含量的A356铝合金，经Al-Sr和Al-Ti-B合金处理的宏观组织的示意图。图5为本专利技术亚共晶铝硅合金的变质细化方法中控制Ti含量的A356铝合金，经Al-Sr和Al-Ti-B合金处理的显微组织的示意图。图6为本专利技术亚共晶铝硅合金的变质细化方法中控制Ti含量的A356铝合金，经Al-Sr和Al-Ti-B合金处理的宏观组织的示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亚共晶铝硅合金的变质细化方法，其特征在于，所述亚共晶铝硅合金的变质细化方法包括以下步骤：/nS

【技术特征摘要】
1.一种亚共晶铝硅合金的变质细化方法，其特征在于，所述亚共晶铝硅合金的变质细化方法包括以下步骤：
S1、熔炼A356铝合金，将合金液的成分控制在标准范围内，其中Ti含量少于10ppm；
S2、进行变质处理，使合金熔体中的Sr含量为100～250ppm，B含量为100～200ppm，Sr和B的质量比值为1～2。


2.如权利要求1所述的亚共晶铝硅合金的变质细化方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21、保持熔体范围在680～780℃范围内，将Al-Sr二元合金加入到熔体中，搅拌熔体使Sr溶解充分并分布均匀；
S22、通Ar气进行精炼除气，精炼后静置10～20min；
S23、扒去浮渣。


3.如权利要求2所述的亚共晶铝硅合金的变质细化方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
S24、保持熔体在680～780℃范围内，将Al-B二元合金加入熔体中，搅拌熔体使B溶解充分并分布均匀。


4.如权利要求3所述的亚共晶铝硅合金的变质细化方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
S25、保持熔体在680～780℃范围内，将熔体浇注成型为零件或铸坯。


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【专利技术属性】
技术研发人员：芦富敏，王晨均，倪海华，焦熙印，杨弋涛，孙保良，张恒华，
申请(专利权)人：上海汇众汽车制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31