一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg制造技术

本发明专利技术公开了一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al‑Mg

【技术实现步骤摘要】
一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织的方法
本专利技术涉及镁合金熔炼与铸造技术，具体涉及一种亚(近)共晶Al-Mg-Si系合金中含有Mg2Si强化相的铸造组织细化技术，并具体公开超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织的方法。
技术介绍
由于铸造Al-Mg2Si合金具有密度低、导热性好、热膨胀系数低、比强度高、耐磨性和耐腐蚀性好的优良性能，受到人们的广泛关注，所以该合金成为航空航天、汽车等工业领域应用的潜在材料。但由于亚(近)共晶Al-Mg2Si合金的铸态组织，通常由粗大的树枝晶状初生铝(α-Al)和粗大的针片状、杆状或汉字状的共晶Mg2Si相组成，其粗大的针片状、杆状或汉字状的共晶Mg2Si严重地割裂Al基体，产生应力集中，形成裂纹源，严重降低了亚共晶Al-Mg2Si合金的抗拉强度。此外，合金中含有气孔、成分偏析等其他缺陷，影响合金的综合力学性能，从而限制了该类合金在实际生产中的应用。针对上述亚共晶Al-Mg2Si合金组织的缺陷，目前研究较多的主要采用碱金属及稀土对亚(近)共晶Al-Mg2Si合金中的Mg2Si相进行变质处理，但部分变质剂的变质效果不佳，且成本相对较高。因此，开发一种成本低廉、高效的合金组织细化方法就成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织的方法，通过在亚共晶Al-Mg-Si系合金中超声处理及添加金属Bi来细化树枝状初生铝(α-Al)和共晶Mg2Si相，以强化合金综合力学性能。具体的，由于铸态亚共晶Al-Mg2Si合金的微观组织中通常存在粗大的初生铝(α-Al)枝晶和板片状、针状的共晶Mg2Si相，这对合金的力学性能尤其是拉伸性能和延性产生了不利影响。因此，控制初生α-Al和共晶Mg2Si晶体的形貌和尺寸大小是提高亚共晶Al-Mg2Si合金力学强度和延性的关键问题。当前铝合金工业生产中常常加入Al-Ti-B和Al-Ti-C体系中间合金对基体中粗大α-Al枝晶进行细化处理。以及现有技术中通过添加各种微量元素或化合物等，如Gd、Na、Ba、Sr、La、Bi、Nd、K2TiF6等，以对亚共晶Al-Mg2Si合金的共晶Mg2Si相进行变质处理。但由于在合金变质过程中易产生气体，出现缩孔缩松缺陷。同时，变质元素与共晶相反应，生成新的金属间化合物，在基体中出现不均匀，产生偏析现象，因此，亟需开发一种能够解决现有技术存在的技术问题的用于细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织的方法，所述方法具体包括如下步骤：(1)分别按如下重量百分比称取合金原材料：镁块3.17％～6.34％，硅颗粒1.83％～3.66％，其余为铝块，备用；(2)将步骤(1)称取的铝块和硅颗粒加热熔化后降温，加入预热镁块，待所述镁块完全熔化后保温、静置，并首次加入除气精炼剂搅拌，去除浮渣，得到精炼的合金熔体；(3)在步骤(2)得到的合金熔体中加入变质剂Bi颗粒静置，随后对所述合金熔体进行二次精炼处理，得到精炼合金熔体；(4)对步骤(3)得到的精炼合金熔体进行超声外场处理，随后浇注成型，得到铸件成品。进一步优选的，若熔炼配制亚共晶Al-5％Mg2Si合金则在所述步骤(1)中分别称取如下合金原材料：镁块3.17％，硅颗粒1.83％，其余为铝块；若熔炼配制亚共晶Al-10％Mg2Si合金则在所述步骤(1)中分别称取如下合金原材料：镁块6.34％，硅颗粒3.66％，其余为铝块。需要说明的是，上述合金原材料采用工业纯铝(Al≥99.7％)，纯镁(Mg≥99.6％)和结晶硅(Si≥99.5％，粒径尺寸为2～10mm)，金属铋(99.99％)。进一步的，所述步骤(2)中，镁块预先加热温度为250℃～300℃，及所述镁块的投入温度不应高于750℃。进一步的，所述镁块熔化保温温度为720℃～740℃，保温静置时间为10～15min。更进一步的，所述除气精炼剂加入时熔体体系温度为730℃～750℃，且所述除气精炼剂加入量为熔体总质量的0.3～0.5wt％，精炼搅拌时间为1～1.5min。其中，精炼剂优选C2Cl6。进一步的，所述步骤(3)中，变质剂Bi颗粒加入量为熔体总质量的0.05～0.3wt％，且加入变质剂Bi颗粒的静置时间为1～3min。进一步的，所述步骤(4)中超声处理工艺为：将预热的超声变幅杆浸入所述精炼熔体内部，对所述精炼熔体超声保温温度范围为615℃～650℃，处理时间为60～180s，及超声功率为800～1800W。更进一步的，所述超声变幅杆的预热温度为300℃～350℃。进一步的，所述浇注成型工艺为：将超声处理后的合金液，浇铸到已预热250℃～300℃的金属模具中成型，得到相应铸件。综上，本专利技术提供了一种采用超声外场与变质联合处理细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织的方法，通过对640～650℃、625～635℃、615～625℃不同保温温度范围，60s、90s、120s、150s、180s不同超声处理时间，800W、1000W、1200W、1400W、1600W、1800W不同超声功率的优选实验结果发现，当最佳超声处理工艺参数为620℃，超声处理150s，超声功率为1800W时，亚共晶Al-10Mg2Si合金中合金组织中的初生铝(α-Al)由粗大的树枝晶全部转变成较为细小的近球形的等轴晶，共晶Mg2Si由板片状、针状结构变成细小的珊瑚状、纤维状和颗粒状。进一步的，当在上述最佳超声外场处理工艺参数下分别与含金属Bi量为0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％复合细化合金时，实验结果发现，当超声处理与Bi复合变质细化合金时，Bi的最佳含量为0.15％～0.25％，合金中的共晶Mg2Si变成细小的珊瑚状或颗粒状。具体的，本专利技术公开的一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织的方法，采用超声外场与变质联合处理的机理如下：超声外场处理在金属熔体中传播时会产生超声空化、声流、过热、谐振等一系列物理现象，通过超声空化形核增殖、破碎对亚(近)共晶Al-Mg2Si合金熔体中已形成的α-Al树枝晶进行细化，使初生α-Al变成等轴晶，同时可以去除合金中的气体、改善疏松偏析。此外，采用Bi元素对共晶Mg2Si相变质，使之变成球形或纤维状、颗粒状组织，从而降低该强化相对合金基体的割裂作用，从而提高铸态合金组织的综合力学性能。同时，添加金属Bi可以改善合金切削性能，防止合金氧化。金属Bi与超声复合处理是一项既达到细化晶粒、除气、除杂、改善疏松、偏析，提高铸锭品质，操作简单、成本低廉、绿色环保，因此，将超声处理与Bi复合应用到细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织，其为一种具有广阔应用前景与工程研究本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg

【技术特征摘要】
1.一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
(1)分别按如下重量百分比称取合金原材料：
镁块3.17％～6.34％，
硅颗粒1.83％～3.66％，
其余为铝块，备用；
(2)将步骤(1)称取的铝块和硅颗粒加热熔化后降温，加入预热镁块，待所述镁块完全熔化后保温、静置，并首次加入除气精炼剂搅拌，去除浮渣，得到精炼的合金熔体；
(3)在步骤(2)得到的合金熔体中加入变质剂Bi颗粒静置，随后对所述合金熔体进行二次精炼处理，得到精炼合金熔体；
(4)对步骤(3)得到的精炼合金熔体进行超声外场处理，随后浇注成型，得到铸件成品。


2.根据权利要求1所述的一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织的方法，其特征在于，若熔炼配制亚共晶Al-5％Mg2Si合金则在所述步骤(1)中分别称取如下合金原材料：镁块3.17％，硅颗粒1.83％，其余为铝块；若熔炼配制亚共晶Al-10％Mg2Si合金则在所述步骤(1)中分别称取如下合金原材料：镁块6.34％，硅颗粒3.66％，其余为铝块。


3.根据权利要求1所述的一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg2Si合金组织的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，镁块预先加热温度为250℃～300℃，及所述镁块的投入温度不应高于750℃。


4.根据权利要求3所述的一种超声处理与Bi复合细化亚共晶Al-Mg2...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜峰，邱克强，王鑫，武晓峰，
申请(专利权)人：吉林化工学院，
类型：发明
国别省市：吉林;22