一種稀土元素鐿合金化鋁硅合金及制備方法
【專利摘要】一種稀土元素鐿合金化鋁硅合金及制備方法，合金的各組分的重量百分比是：硅為9.0～13.5%，鐿為0.05~0.4%，余量為鋁；將石墨坩堝中鋁-硅合金加熱至熔化后，在770~790℃溫度下加入上述組分重量百分比的鋁-鐿中間合金，保溫5~8分鐘；然后施加間歇超聲，超聲強度為10w/cm2~38w/cm2，每次超聲時間為20~30秒，間歇時間20~30秒，超聲時間總計120~300秒；最后將合金熔體降溫至720~740℃，保溫31~180分鐘后，在40~60℃/min的冷卻速度下凝固成形。本發(fā)明能明顯促進α-Al相的細化、球化；使針狀共晶硅變?yōu)辄c狀或短桿狀，并且使其分布更分散、均勻，從而使鋁合金的顯微組織與力學性能得到顯著的改善，且工藝簡單、安全可靠，操作方便，且無三廢污染。
【專利說明】一種稀土元素鐿合金化紹娃合金及制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于鋁硅合金及制備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]鋁-硅(Al-Si)合金的鑄造性能優(yōu)良，無熱裂及疏松傾山，氣密性較高。其密度小，耐蝕性好，可在受大氣.海水腐蝕的環(huán)境中使用，可承受工業(yè)氣氛的環(huán)境中濃硝酸.過氧化氧等的腐蝕作用；焊接性能也好。但該合金的力學性能低，耐熱性和切削加工性差。
[0003]稀土元素具有獨特的電子層結構及物理化學性質，有獨特的4f電子結構、大的原子磁矩、很強的自旋偶合特性，對鋁合金的影響也相當獨特。稀土元素的變質作用具有長效性及重熔穩(wěn)定性特點，比其他變質劑要好，且具有較好的脫氧和脫硫能力。其中稀土元素鐿(Yb)對Al-Si合金具有顯著的變質能力，北京大學張啟運等采用Al-Si熔態(tài)合金陰極熔鹽電解法和熔鹽直接反應法添加的稀土元素，推斷稀土元素Yb對Al-Si合金具有良好的變質作用。
[0004]超聲波在Al-Si熔體中傳播時，會產(chǎn)生正壓相和負壓相，破壞熔體的結構完整性，使聲阻連續(xù)性降低，熔體對聲能吸收的微區(qū)差異性提高，近程有序度下降，增加結晶核心。東北大學李英龍等研究了從壓鑄至凝固全過程經(jīng)超聲作用下共晶成分(12.6%Si)和過共晶成分Al-20Si合金組織和性能的影響。結果表明:超聲對初晶Si和共晶Si組織具有雙重細化作用，使Si破碎變成顆粒狀，合金的機械強度和塑性得到改善。合肥工業(yè)大學楊俊等研究了超聲功率(300-1600W)、超聲時間(20-100s)、超聲溫度(600-680 V )對過共晶成分Al-20Si合金組織和性能的影響，超聲處理可以顯著提高Al-20% Si合金的抗拉強度和延伸率。上海大學劉清梅研究了側部導入超聲處理對共晶Al-12.5Si合金凝固特性的影響，研究發(fā)現(xiàn)在凝固過程( 共晶反應區(qū)577-660°C)中進行超聲處理能顯著細化共晶硅相，改善其形貌及分布。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供了一種稀土元素鐿合金化鋁硅合金的方法，鐿(Yb)以合適的量加入到鋁-硅(Al-Si)合金中，能有效改善初晶硅、共晶硅的形態(tài)及分布，以提高合金的力學性能。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明所述的稀土元素鐿合金化鋁硅合金，所述的合金的各組分的重量百分比為:硅為9.0~13.5%，鐿為0.05~0.4%，余量為鋁。
[0008]本發(fā)明所述的一種稀土元素鐿合金化鋁硅合金的制備方法，其特征在于將石墨坩堝中鋁-硅合金加熱至熔化后，在77(T790°C溫度下加入上述組分重量百分比的鋁-鐿中間合金，保溫5、分鐘；然后施加間歇超聲，超聲強度為10w/cm2~38w/cm2,每次超聲時間為20-30秒，間歇時間20-30秒，超聲時間總計120-300秒；最后將合金熔體降溫至72(T740°C，保溫31~180分鐘后，在4(T60°C /min的冷卻速度下凝固成形。[0009]本發(fā)明的技術效果是:超聲作用下稀土元素Yb的加入能明顯促進α -Al相的細化、球化；使針狀共晶硅變?yōu)辄c狀或短桿狀，并且使其分布更分散、均勻，從而使鋁合金的顯微組織與力學性能得到顯著的改善。本發(fā)明工藝簡單、安全可靠，操作方便，且無三廢污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為實施例1條件下制備的合金鑄態(tài)的顯微組織。
[0011]圖2為實施例5條件下制備的合金鑄態(tài)的顯微組織。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明將通過以下實施例作進一步說明。
[0013]實施例1。常規(guī)處理。
[0014]將含硅為13.5% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩堝中，升溫至770°C，待合金全部熔化后，將熔體降至72(T740°C保溫31分鐘以40°C /分鐘的冷卻速度澆鑄成型。
[0015]實施例2。
[0016]將含硅為13.0% (重量百分比)的Al-Si合金合金加入到石墨坩堝中，升溫至780°C，待合金全部熔化后，加入Al-Yb中間合金，其中稀土元素Yb占合金總重量的0.05%,保溫7分鐘；將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進行間歇超聲處理，超聲強度為lOw/cm2，每次超聲時間為25秒 ，間歇時間25秒，超聲時間120秒；將熔體降至720°C保溫60分鐘以600C /分鐘的冷卻速度澆鑄成型。
[0017]實施例3。
[0018]將含硅為12.0% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩堝中，升溫至790°C，待合金全部熔化后,加入Al-Yb中間合金，其中稀土元素Yb占合金總重量的0.08%，保溫6分鐘；將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進行間歇超聲處理，超聲強度為15w/cm2，每次超聲時間為30秒，間歇時間20秒，超聲時間160秒；將熔體降至720°C保溫180分鐘以60°C /分鐘的冷卻速度澆鑄成型。
[0019]實施例4。
[0020]將含硅為11.0% (重量百分比)的Al-Si合金合金加入到石墨坩堝中，升溫至780°C，待合金全部熔化后，加入Al-Yb中間合金，其中稀土元素Yb占合金總重量的0.1%，保溫5分鐘；將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進行間歇超聲處理，超聲強度為0.6kw/cm2,每次超聲時間為20秒，間歇時間20秒，超聲時間240秒；將熔體降至740°C保溫120分鐘以50°C /分鐘的冷卻速度澆鑄成型。
[0021]實施例5。
[0022]將含硅為10.0% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩堝中，升溫至770°C，待合金全部熔化后,加入Al-Yb中間合金，其中稀土元素Yb占合金總重量的0.3%，保溫8分鐘；將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進行間歇超聲處理，超聲強度為38w/cm2，每次超聲時間為30秒，間歇時間30秒，超聲時間180秒；將熔體降至720保溫160分鐘以60°C /分鐘的冷卻速度澆鑄成型。
[0023]實施例6。
[0024]將含硅為9.0%(重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩堝中，升溫至780°C，待合金全部熔化后,加入Al-Yb中間合金，其中稀土元素Yb占合金總重量的0.4%，保溫7分鐘；將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進行間歇超聲處理，超聲強度為30w/cm2，每次超聲時間為30秒，間歇時間30秒，超聲時間270秒，將熔體降至740°C保溫90分鐘以60°C /分鐘的冷卻速度澆鑄成型。
[0025]將實施例1和實施例5制得的鑄錠取樣，經(jīng)打磨、拋光、腐蝕后在光學顯微鏡下觀察合金顯微組織，如附圖1 (實施例1)和附圖2 (實施例5)所示。從附圖1和2中可以看出，稀土 Yb的加入能明顯促進α -Al相的細化、球化；使帶尖角的塊狀初晶硅消失；針狀共晶硅變?yōu)辄c狀或短桿狀，并且使其分布更分散、均勻，從而使鋁合金的顯微組織得到明顯的改善。
[0026]將實施例1和實施例5制得的鑄錠依照GB/T 228-2002加工成Φ 5圓形橫截面拉伸試樣。 經(jīng)測定，實施例1中拉伸試樣的的抗拉強度為163.62MPa，延伸率為5.97% ;實施例5中拉伸試樣的抗拉強度為252.83Mpa，延伸率為12.40%。由此可見，實施例5工藝條件下稀土 Yb的加入可以明顯提高鋁合金的機械性能。
【權利要求】
1.一種稀土元素鐿合金化鋁硅合金，其特征是所述的合金的各組分的重量百分比是:硅為9.0~13.5%，鐿為0.05~0.4%，余量為鋁。
2.權利要求1所述的合金的制備方法，其特征是將石墨坩堝中鋁-硅合金加熱至熔化后，在77(T790°C溫度下加入上述組分重量百分比的鋁-鐿中間合金，保溫51分鐘?’然后施加間歇超聲，超聲強度為10W/cnT38W/cm2，每次超聲時間為20~30秒，間歇時間20~30秒，超聲時間總計120~300秒；最后將合金熔體降溫至72(T740°C，保溫31~180分鐘后，在40^600C /min的冷卻速 度下凝固成形。
【文檔編號】C22C21/04GK103469026SQ201310357490
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權日:2013年8月16日
【發(fā)明者】胡志, 閆洪, 阮先明 申請人:南昌大學