一種鋁-硅-鐿鑄造鋁合金及制備方法
【專利摘要】一種鋁-硅-鐿鑄造鋁合金及制備方法，所述的合金的各組分的重量百分比為：9.0~11.8%硅、0.05~0.2%鐿，余量為鋁；首先將石墨坩堝中鋁-硅合金在電磁攪拌爐中加熱至熔化，在810~840℃加入稀土元素鐿后保溫5~8分鐘；然后電磁攪拌10~15分鐘，電磁攪拌頻率為22~28HZ，電流強度為20~40A；最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣后，合金熔體降溫至720~740℃在金屬型模具中凝固成型。本發(fā)明在Al-Si鋁合金中加入稀土Yb不會增加生產(chǎn)成本，而稀土Yb的加入能明顯改善合金中硅相的形態(tài)并能細化α相組織，使得塊狀初生硅消失，并且共晶硅由粗大針狀變?yōu)辄c狀或短桿狀，其工藝簡單、安全可靠、操作方便，且無三廢污染。
【專利說明】一種紹-娃-鐿鑄造紹合金及制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于鑄造鋁合金【技術領域】。
【背景技術】
[0002]Al-Si合金是鋁基合金中最重要的一個系類，具有簡單的共晶型相圖，其共晶溫度為577°C，共晶成分為12.6 wt.% Si。Al-Si 二元合金鑄造性能優(yōu)良，無熱裂及疏松傾向，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、過氧化氫等的腐蝕作用。
[0003]鑄態(tài)條件下，未經(jīng)變質(zhì)細化處理的Al-Si合金中，共晶硅呈粗大針片狀，初晶硅呈粗大的多角形塊和板狀。這些粗大脆性Si相嚴重割裂了基體，在Si相的尖端及棱角處引起應力集中，在外力作用下，合金易沿著晶粒的邊界或者板狀Si相本身開裂而形成裂紋，使合金變脆，力學性能低，切削加工性差。因此未經(jīng)變質(zhì)處理的鋁硅合金在工業(yè)上未得到實際應用。
[0004]稀土元素具 有獨特的電子層結(jié)構(gòu)及物理化學性質(zhì)，有獨特的4f電子結(jié)構(gòu)、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。稀土元素作為Al-Si合金變質(zhì)劑，變質(zhì)作用具有長效性及重熔穩(wěn)定性特點，比其他變質(zhì)劑要好，且具有較好的脫氧和脫硫能力。其中稀土元素Yb對Al-Si合金具有顯著的變質(zhì)能力，其中稀土元素Yb對Al-Si合金具有顯著的變質(zhì)能力，北京大學張啟運等采用稀士熔鹽電解法及熔鹽直接反應法對在Al-Si合金中定量添加的稀土元素，推斷稀土元素Yb對Al-Si合金具有良好的變質(zhì)作用。
[0005]電磁攪拌在Al-Si合金凝固過程中會產(chǎn)生多種物理效應，影響晶體的形核與長大，調(diào)節(jié)結(jié)晶過程，控制凝固組織。同常規(guī)鑄造相比，電磁鑄造鑄件的表面光滑，沒有鑄模生產(chǎn)的固有缺陷，不需要進行去皮加工；鑄件內(nèi)部組織均勻，晶粒細小。國內(nèi)外對電磁攪拌輔助變質(zhì)鋁合金的研究較少，李高宏等研究了復合變質(zhì)和電磁攪拌對過共晶鋁合金Al-13Si的影響，所述Al-13Si并不是Al-Si 二元合金,而是一種多元合金,合金中Si占質(zhì)量分數(shù)的12.5-13.5%，Cu占質(zhì)量分數(shù)的2.5-4.0%，Ni占質(zhì)量分數(shù)的1.5-2.5%，Mg占質(zhì)量分數(shù)的0.5-1.0%，Μη占質(zhì)量分數(shù)的0.2-0.5%，Zn占質(zhì)量分數(shù)小于0.3%，Ti占質(zhì)量分數(shù)小于0.3%，余量為Al。將Al-13Si合金熔化后進行變質(zhì)，變質(zhì)劑為Cu-10P、Al-10Sr、混合稀土 RE。變質(zhì)后，澆入帶電磁攪拌裝置的保溫坩堝中，邊攪拌邊凝固，待合金完全凝固后取樣。在三元復合變質(zhì)基礎上合金的組織得到的改善，雖然施加旋轉(zhuǎn)磁場可以進一步增強變質(zhì)效果并可有效細化α-Al枝晶尺寸，但文中并未給出具體的旋轉(zhuǎn)磁場的工藝，其實施效果不具有可重復性。趙明欣等研究了電磁鑄造法對混合稀土變質(zhì)變形鋁合金4045微觀組織的影響，其中電磁鑄造法是借助于電磁力克服金屬液的靜壓實現(xiàn)無接觸鑄造的方法，電磁鑄造成敗的關鍵，是使金屬液柱穩(wěn)定并使其高度保持一定。為達此目的，合理選擇工藝參數(shù)是十分重要的。其最重要的參數(shù)有:電流頻率，電流強度，鑄造速度(拉坯速度)，噴水冷卻強度。電磁鑄造成敗的另一個關鍵，是澆注速度和鑄造速度(拉坯速度)相協(xié)調(diào)，使金屬液柱高度保持不變。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供了一種鋁-硅-鐿(Al-S1-xYb)鑄造鋁合金及制備方法，鐿(Yb)以合適的量加入到鋁-硅(Al-Si)合金中，能有效改善初晶硅和共晶硅的形態(tài)及分布，并且細化α相組織，以提高合金的力學性能。
[0007]本發(fā)明所述的鋁-硅-鐿(Al-S1-xYb)合金的各組分的重量百分比為:9.(Til.8%硅(Si)、0.05-0.2% 鐿(Yb)，余量為鋁(Al)0
[0008]本發(fā)明所述的鋁-硅-鐿鑄造鋁合金制備方法是:首先將石墨坩堝中鋁-硅合金在電磁攪拌爐中加熱至熔化，在81(T840°C加入稀土元素鐿后保溫5-8分鐘；然后電磁攪拌10-15分鐘，電磁攪拌頻率為22-28ΗΖ，電流強度為20-40Α ;最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣后，合金熔體降溫至72(T740°C在金屬型模具中凝固成型。
[0009]本發(fā)明的技術效果是:在Al-Si鋁合金中加入稀土 Yb不會增加生產(chǎn)成本，而稀土Yb的加入能明顯改善合金中硅相的形態(tài)并能細化α相組織，使得塊狀初生硅消失，并且共晶硅由粗大針狀變?yōu)辄c狀或短桿狀。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為本發(fā)明實施例4條件下制備的Al-S1- xYb合金鑄態(tài)顯微組織。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明將通過以下實施實例作進一步說明。
[0012]實施例1。
`[0013]將石墨坩堝中含硅為9.0% (重量百分比)的Al-Si合金在電磁攪拌爐中加熱至熔，在810°C加入Al-Yb中間合金并保溫5分鐘，其中稀土元素Yb占合金總重量的0.05%，然后施加電磁攪拌，電磁攪拌頻率為22HZ，電流強度為20A，電磁攪拌時間為10分鐘。最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣后，澆鑄至金屬型模具中制得合金鑄錠，澆鑄溫度為720°C。
[0014]實施例2。
[0015]將石墨坩堝中含硅為9.8% (重量百分比)的Al-Si合金在電磁攪拌爐中加熱至熔，在820°C將稀土元素Yb加入到熔體中并保溫6分鐘，其中稀土元素Yb占合金總重量的0.09%，然后施加電磁攪拌，電磁攪拌頻率為24HZ，電流強度為25A，電磁攪拌時間為15分鐘。最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣后，澆鑄至金屬型模具中制得合金鑄錠，澆鑄溫度為725°C。
[0016]實施例3。
[0017]將石墨坩堝中含硅為10.5% (重量百分比)的Al-Si合金在電磁攪拌爐中加熱至熔，在825°C將稀土元素Yb加入到熔體中并保溫8分鐘，其中稀土元素Yb占合金總重量的0.13%，然后施加電磁攪拌，電磁攪拌頻率為26HZ，電流強度為30A，電磁攪拌時間為15分鐘。最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣后，澆鑄至金屬型模具中制得合金鑄錠，澆鑄溫度為725°C。
[0018]實施例4。
[0019]將石墨坩堝中含硅為11.5% (重量百分比)的Al-Si合金在電磁攪拌爐中加熱至熔，在835°C將稀土元素Yb加入到熔體中并保溫6分鐘，其中稀土元素Yb占合金總重量的0.18%，然后施加電磁攪拌，電磁攪拌頻率為28HZ，電流強度為40A，電磁攪拌時間為15分鐘。最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣后，澆鑄至金屬型模具中制得合金鑄錠，澆鑄溫度為730°C。
[0020]實施例5。
[0021]將石墨坩堝中含硅為11.8% (重量百分比)的Al-Si合金在電磁攪拌爐中加熱至熔，在840°C將稀土元素Yb加入到熔體中并保溫8分鐘，其中稀土元素Yb占合金總重量的
0.2%，然后施加電磁攪拌，電磁攪拌頻率為28HZ，電流強度為35A，電磁攪拌時間為10分鐘。最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣后，澆鑄至金屬型模具中制得合金鑄錠，澆鑄溫度為 740 0C ο
[0022]在電磁場作用下稀土 Yb的加入能明顯改善合金中硅相的形態(tài)并能細化α相組織，使得塊狀初生硅消失，并且共晶硅由粗大針狀變?yōu)辄c狀或短桿狀，如附圖1 (實施例4)所示。本發(fā)明工藝簡單、安全 可靠、操作方便，且無三廢污染。
【權利要求】
1.一種鋁-硅-鐿鑄造鋁合金，其特征是所述的合金的各組分的重量百分比為:9.0-11.8%硅、0.05-0.2%鐿，余量為鋁。
2.權利要求1所述的鋁-硅-鐿鑄造鋁合金的制備方法，其特征是首先將石墨坩堝中鋁-硅合金在電磁攪拌爐中加熱至熔化，在81(T84(TC加入稀土元素鐿后保溫51分鐘；然后電磁攪拌10-15分鐘，電磁攪拌頻率為22-28ΗΖ，電流強度為20-40Α ;最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣 后，合金熔體降溫至72(T740°C在金屬型模具中凝固成型。
【文檔編號】C22C21/04GK103451494SQ201310357638
【公開日】2013年12月18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, 邱鴻旭 申請人:南昌大學