一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法技术

本发明专利技术属于金属材料应用技术领域，涉及一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法。本发明专利技术所述的铝硅合金的硅含量在5‑11wt.%，由于硅毒化效应而难以用传统的钛硼系细化剂细化晶粒。本发明专利技术通过预先在高纯铝中加入细化剂形成大量以细化剂为核心的包裹铝原子的形核晶胚，然后外加硅扩散进铝液形成铝硅合金，从而避免硅与钛结合而发生“硅毒化效应”，能有效细化晶粒，发挥细晶强化的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法
本专利技术属于金属材料应用
，涉及一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法。
技术介绍
铸造铝硅合金是一类重要的轻质材料，被广泛用于制造汽车车身薄壁件、发动机部件、传动系统部件、复杂外形的散热器、油路管道等。若不做任何处理，铝硅合金中粗大的α-Al树枝晶及大量脆性铝硅共晶组织会极大削弱合金的强度与塑性，这限制了它们在运输和航空航天工业中的应用。为了提高强度与塑性，人们采用了多种方法对铝硅合金细化，通过添加含有异质形核质点的细化剂合金来调控凝固过程中晶体的形核与生长，实现凝固组织细化，此方法被广泛应用于铝硅工业生产。然而当硅浓度大于5wt.%时，传统铝钛硼细化剂的细晶效能被显著削弱，该现象为硅毒化效应。由于硅毒化的影响，传统铝钛硼细化剂对铝硅合金的细晶效果较差，因此本专利提供一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，在发生“硅毒化”前引入被铝原子包裹的二硼化钛异质核心作为有效晶胚，从而提升细晶效果。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于提供一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，本专利技术通过预先将钛硼系细化剂加入到高纯铝中，优先生成被铝原子包裹的二硼化钛异质核心的有效晶胚，然后通过外加硅原子扩散进铝液，避免硅原子与钛原子结合发生“硅毒化”效应，解决含硅量为5-11wt.%的铝硅合金细化难的问题。本专利技术采取的技术方案如下一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，步骤如下：（1）在高纯铝熔液中加入一定比例的钛硼系细化剂；（2）精炼除气，扒去浮渣；（3）再将混合钛硼系细化剂的铝熔液倒入高纯二氧化硅玻璃容器中，加热到800℃保温一定时间后，采取阶梯降温、保温扩散方式冷却到600℃，在此过程中不停搅拌，确保铝液与二氧化硅反应生成的硅原子能充分扩散进铝液并形成成分均匀的含硅量在5-11wt.%铝硅合金；（4）将铝硅合金液浇注到不同铸模中得到晶粒细化合金锭或者铸件。如权利要求2所述的一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，其特征在于，步骤(1)包括：在高纯铝熔液中加入一定比例的能产生二硼化钛异质核心的细化剂，二硼化钛异质核心被铝原子包裹形成晶胚。如权利要求2所述的一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，其特征在于，步骤(3)包括：将混合细化剂的铝熔液倒入高纯二氧化硅玻璃容器中，利用铝液与二氧化硅反应生成硅原子，硅原子在铝液中扩散，但受到铝原子的隔离作用无法与钛原子结合，从而避免“硅毒化效应”的发生。如权利要求2所述的一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，其特征在于，步骤（3）包括：加热到800℃保温一定时间后，采取阶梯降温、保温扩散方式冷却到600℃。800℃保温一定时间是加速铝与二氧化硅反应生成硅原子，阶梯降温、保温扩散是指每下降到一个阶梯温度又保温扩散一段时间，目的是确保铝硅熔体保持半固态，液铝持续与二氧化硅反应并源源不断生成硅原子。如权利要求2所述的一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，其特征在于，步骤（3）包括：不停搅拌，是指采用机械棒搅拌、电磁搅拌、机械振动、超声振动等接触式或非接触式搅拌熔体，加速硅原子在熔体中分布均匀。如权利要求2所述的一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，其特征在于，步骤（3）包括：利用保温温度和保温时间来调节铝与二氧化硅反应的速度和时间，从而控制硅的含量在5-11wt.%。附图说明图1为实施例1制得的预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法的显微组织形貌图图2为实施例2制得的预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法的显微组织形貌图具体实施方式下面将结合具体实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，步骤如下：（1）将99克纯度为99.95%的铝锭放入坩埚中，再放入井式炉升温到800℃熔化，加入1克铝五钛一硼细化剂，搅拌均匀；同时在井式炉内放置一个高纯二氧化硅玻璃容器；（2）采用纯度为99.5％的氩气精炼除气，扒去浮渣；（3）将混合细化剂的铝液倒入步骤（1）高纯二氧化硅玻璃容器中，保持800℃温度，且在此过程中不断搅拌混合熔液；（4）控制步骤（3）中铝液的阶梯降温速度。前2个小时，每隔30分钟温度分别下降10℃、15℃、15℃、20℃；之后以每30分钟温度下降20℃，共9个小时后冷却到600℃，然后空冷；（5）在步骤（4）降温过程中不停搅拌铝液，确保铝液与二氧化硅反应生成的硅原子能充分扩散进铝液并形成成分均匀的高硅铝硅合金液；（6）将高硅铝硅合金液浇注到石墨铸模中得到晶粒细化的铸锭；（7）微观组织图见图1，样品经检测硅含量约为8%，晶粒直径为200-400μm，有效防止“硅毒化效应”的产生。实施例二一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，步骤如下：（1）将98克纯度为99.95%的铝锭放入坩埚中，再放入井式炉升温到800℃熔化，加入2克铝五钛一硼细化剂，搅拌均匀；同时在井式炉内放置一个高纯二氧化硅玻璃容器；（2）采用纯度为99.5％的氩气精炼除气，扒去浮渣；（3）将混合细化剂的铝液倒入步骤（1）高纯二氧化硅玻璃容器中，保持800℃温度，且在此过程中不断搅拌混合熔液；（4）控制步骤（3）中铝液的阶梯降温速度。前2个小时，每隔30分钟温度分别下降10℃、15℃、15℃、20℃；之后以每30分钟温度下降20℃，共9个小时后冷却到600℃，然后空冷；（5）在步骤（4）降温过程中不停搅拌铝液，确保铝液与二氧化硅反应生成的硅原子能充分扩散进铝液并形成成分均匀的高硅铝硅合金液；（6）将高硅铝硅合金液浇注到石墨铸模中得到晶粒细化的铸锭；（7）微观组织图见图2，样品经检测硅含量约为8%，晶粒直径为200-300μm，有效防止“硅毒化效应”的产生。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.首先在高纯铝中加入钛硼系细化剂，熔化并充分混合以后，浇注到高纯二氧化硅玻璃容器中，加热到800℃保温一定时间后，采取阶梯降温、保温扩散方式冷却到600℃，使得铝液与二氧化硅反应，置换出硅原子向铝溶体中扩散，得到晶粒细化的含硅量在5-11wt.%铝硅合金。/n

【技术特征摘要】
1.首先在高纯铝中加入钛硼系细化剂，熔化并充分混合以后，浇注到高纯二氧化硅玻璃容器中，加热到800℃保温一定时间后，采取阶梯降温、保温扩散方式冷却到600℃，使得铝液与二氧化硅反应，置换出硅原子向铝溶体中扩散，得到晶粒细化的含硅量在5-11wt.%铝硅合金。


2.一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，其步骤如下：
（1）在高纯铝熔液中加入一定比例的钛硼系细化剂；
（2）精炼除气，扒去浮渣；
（3）再将混合钛硼系细化剂的铝熔液倒入高纯二氧化硅玻璃容器中，加热到800℃保温一定时间后，采取阶梯降温、保温扩散方式冷却到600℃，在此过程中不停搅拌，确保铝液与二氧化硅反应生成的硅原子能充分扩散进铝液并形成成分均匀的含硅量在5-11wt.%铝硅合金；
（4）将铝硅合金液浇注到不同铸模中得到晶粒细化合金锭或者铸件。


3.如权利要求2所述的一种预防铝硅合金硅毒化的细化晶粒方法，其特征在于，步骤(1)包括：在高纯铝熔液中加入一定比例的能产生二硼化钛异质核心的细化剂，二硼化钛异质核心被铝原子包裹形成晶胚。


4.如权利要求2所述的一种预防铝硅合金硅毒化的细化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李发国，谢颖，胡孝愿，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43