一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，属于合金铸造技术领域；该方法是将含钪铝硅系合金在凝固过程中分为两个阶段，第一阶段为凝固至630~620℃或以上，要求冷却速度≤5.5℃/s，第二阶段为凝固至630~620℃以下，要求冷却速度大于5.5℃/s，采用梯度凝固可以解决在铝硅系合金中硅对晶粒细化相的毒化问题，得到新型晶粒细化相(Al,Si)3(Ti,Sc)，从而使获得的铸件晶粒尺寸较小，屈服强度得到了提高。屈服强度得到了提高。屈服强度得到了提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法


[0001]本专利技术属于合金铸造
，涉及一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法。

技术介绍

[0002]铝硅系铸造合金由于低成本，高强度，耐腐蚀而广泛应用于汽车，航空等领域。但是凝固过程中所形成的共晶硅极大的影响了铝硅系铸造合金的力学性能，为了进一步提高铝硅系铸造合金的力学性能。晶粒细化和共晶硅的变质成为了研究热点。Sr和Al
‑
Ti
‑
B中间合金常常以共晶硅变质剂和晶粒细化剂而被添加到铝硅合金当中。然而，Sr和B会在液体中形成SrB6从而减弱他们的变质和细化效果。此外，当铝硅合金中硅的含量大于3wt.%时，Al
‑
Ti
‑
B中间合金的晶粒细化效果会失去作用。因为Al3Ti会由于硅的毒化而无法生成。Al3Ti作为铝基体的异质形核相无法生成会导致铝硅合金的晶粒尺寸变大，影响其力学性能。Sc作为一种稀土元素，被发现其不仅具有细化晶粒的作用，而且还有变质共晶硅的效果。为了减少合金中元素互相影响的不利影响，Sc因为具有双重作用而被应用。
[0003]但是在目前的研究中发现，Sc的细化作用和变质作用与冷却速度息息相关，在慢冷速下，Sc的晶粒细化效果较好但是变质效果较弱。而在快冷速下，Sc的变质效果良好但是细化效果减弱。冷速对Sc的晶粒细化和变质作用的同时发挥具有较大限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，解决在铝硅系合金中硅对晶粒细化相的毒化问题；使得能够同时发挥Sc在铝硅系铸造合金中的晶粒细化作用和变质共晶硅的效果，从而得到高强度的铝硅系铸造合金。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的。
[0006]一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，包括以下步骤：1）将制备含钪铝硅系合金的原料熔化成熔体；2）将熔体浇注并进行第一阶段冷却凝固至温度为630~620℃或以上；第一阶段冷却凝固的冷却速度≤5.5℃/s；3）然后继续对熔体进行第二阶段冷却凝固至温度为630~620℃以下得到铸件；第二阶段冷却凝固的冷却速度＞5.5℃/s；4）将得到的铸件进行T6热处理，得到高强度的含钪铝硅系合金。
[0007]优选的，按照质量百分比计，制备含钪铝硅系合金原料的组成为：Si：6.5~7.5 wt.%，Mg：0.45~0.75 wt.%，Ti：0.1~0.2 wt.%，Sc：0.3~1 wt.%，不可避免的杂质≤0.2 wt.%，余量为Al。
[0008]优选的，步骤1）是将纯铝、纯硅、铝钛中间合金、铝钪中间合金在730~750℃下熔化，熔化保温后加入纯镁并静置20
‑
40min。
[0009]优选的，加入纯镁并静置后，加入C2Cl6进行除气；除气之后将熔化的液体放入炉内
静置30min得到准备浇注的熔体。
[0010]更优的，取熔体总质量0.5 wt.%的C2Cl6进行除气。
[0011]优选的，先进行第一阶段冷却凝固之后进行第二阶段冷却凝固：是指将熔体浇注到预热至700℃的水冷铜模中且不开启水冷装置，水冷铜模中放置一根铠装热电偶并连接到测温仪器；当熔体温度为630℃时，打开水冷装置，增大冷却速度。
[0012]优选的，所述的T6热处理，是540℃固溶6～8小时，175℃时效8～10小时。
[0013]更优的，固溶结束后将铸件立即放入15
‑
30℃的水中。
[0014]本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果为：本专利技术基于梯度凝固的方法，在浇注的过程中使含钪铝硅系合金在凝固过程中被分为两个阶段，第一阶段为630~620℃以上，要求冷却速度≤5.5℃/s，第二阶段为630~620℃以下，要求冷却速度＞5.5℃/s，采用梯度凝固可以解决在铝硅系合金中硅对晶粒细化相的毒化问题，得到新型晶粒细化相(Al, Si)3(Ti, Sc)，从而使获得的铸件晶粒尺寸较小，屈服强度得到了提高。
附图说明
[0015]图1为对比例1采用传统铸造方法制备的铸件的组织图。
[0016]图2为实施例1采用梯度凝固铸造方法制备的铸件的组织图。
[0017]图3为对比例1采用传统铸造方法制备的铸件的晶粒尺寸图。
[0018]图4为实施例1采用梯度凝固铸造方法制备的铸件的晶粒尺寸图。
具体实施方式
[0019]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合实施例及附图详细说明本专利技术的技术方案，但保护范围不被此限制。
[0020]实施例1一种采用梯度凝固获得高强度含钪铝硅系合金的铸造方法，包括以下步骤：1、配料：称取纯铝658g，纯硅70g，纯镁7g，Al
‑
2Sc中间合金250g，Al
‑
10Ti中间合金15g。
[0021]2、熔化：将商业纯铝，纯硅，Al
‑
2Sc中间合金，Al
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10Ti中间合金在730~750℃下熔化，熔化后保温30min后加入纯镁。纯镁熔化后静置30min。称取5g C2Cl6进行除气。除气之后放入炉内静置30min得到准备浇注的熔体。
[0022]3、浇注：为了使得前半阶段凝固冷却速度较小，浇注到预热到700℃的水冷铜模中但是不打开水冷进行冷却，使冷却速度在5
‑
5.5℃/s，水冷铜模中放置一根铠装热电偶并连接到测温仪器。当观察到液体温度为630℃时，打开水冷装置，增大冷却速度至6
‑
7℃/s至完全凝固为铸件。
[0023]4、热处理：将得到的铸件在540℃固溶8小时，175℃时效10小时。
[0024]对比例1对比例1与实施例1的不同点在于步骤3的浇注过程：对比例1是将熔化的液体浇注
到预热到300℃的水冷铜模中。水冷铜模中放置一根铠装热电偶并连接到测温仪器进行数据收集。其余步骤相同。
[0025]对比例1与实施例1分别使用传统浇注和梯度凝固的铸造方法取得了两个成分相同的铸件。传统浇注得到的铸件的组织如图1所示。梯度凝固铸造方法得到的铸件的组织如图2所示。与传统铸造方法相比，梯度凝固铸造方法得到的铸件组织中多出了一种新型异质形核相(Al, Si)3(Ti, Sc), (Al, Si)3(Ti, Sc)的存在使得铝硅合金中晶粒尺寸大大减小。图3为传统铸造方法得到的铸件的晶粒尺寸图，图4为使用梯度凝固铸造方法得到的铸件的晶粒尺寸图。从图3和图4中可以看出，使用梯度凝固铸造方法得到的铸件的晶粒尺寸远小于使用梯度凝固铸造方法得到的铸件。表1为实施例1
‑
3以及对比例1
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2制备得到的铸件的晶粒尺寸和力学性能对比表，可以看出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将制备含钪铝硅系合金的原料熔化成熔体；2）将熔体浇注并进行第一阶段冷却凝固至温度为630~620℃或以上；第一阶段冷却凝固的冷却速度≤5.5℃/s；3）然后继续对熔体进行第二阶段冷却凝固至温度为630~620℃以下得到铸件；第二阶段冷却凝固的冷却速度＞5.5℃/s；4）将得到的铸件进行T6热处理，得到高强度的含钪铝硅系合金。2.根据权利要求1所述的一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，按照质量百分比计，制备含钪铝硅系合金原料的组成为：Si：6.5~7.5 wt.%，Mg：0.45~0.75 wt.%，Ti：0.1~0.2 wt.%，Sc：0.3~1 wt.%，不可避免的杂质≤0.2 wt.%，余量为Al。3.根据权利要求1所述的一种基于梯度凝固的高强度含钪铝硅系合金铸造方法，其特征在于，步骤1）是将纯铝、纯硅、铝钛中间合金、铝钪中间合金在730~750℃下熔化，熔化保温后加入纯镁并静置20
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40m...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉鹏，毛红奎，蔚琦，马瑞林，白霄宇，李聪，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：