一種鋁-硅-鐠鑄造鋁合金及制備方法
【專利摘要】一種鋁-硅-鐠鑄造鋁合金及制備方法，合金的各組分的重量百分比為：9.0～11.8%硅、0.1～0.2%鐠，余量為Al；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℃加入稀土元素鐠后保溫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(qiáng)度為20~40A；最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣后，澆鑄取樣，澆鑄溫度為720～740℃。本發(fā)明在Al-Si鋁合金中加入稀土Pr不會(huì)增加生產(chǎn)成本，而稀土Pr的加入能明顯改善合金中硅相的形態(tài)并能細(xì)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(diǎn)狀或短桿狀，其工藝簡(jiǎn)單、安全可靠、操作方便，且無三廢污染。
【專利說明】一種鋁-娃-鐠鑄造鋁合金及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于鑄造鋁合金及制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]Al-Si合金是鋁基合金中最重要的一個(gè)系類，具有簡(jiǎn)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(xì)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(yán)重割裂了基體，在Si相的尖端及棱角處引起應(yīng)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(xué)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(shí)際應(yīng)用。
[0004]稀土元素具有獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)，有獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)、大的原子磁矩、很強(qiáng)的自旋偶合特性，對(duì)鋁合金的影響也相當(dāng)獨(dú)特。稀土元素作為Al-Si合金變質(zhì)劑，變質(zhì)作用具有長(zhǎng)效性及重熔穩(wěn)定性特點(diǎn)，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Pr對(duì)Al-Si合金具有顯著的變質(zhì)能力，華東交通大張堅(jiān)等研究了普通鑄造條件下稀土 Pr對(duì)高耐磨過共晶Al-16%Si組織的影響，發(fā)現(xiàn)稀土 Pr通過吸附在硅相結(jié)晶前沿，抑制了較大過冷度的產(chǎn)生，對(duì)初晶硅和共晶硅具有明顯的變質(zhì)效果。上海交通大學(xué)劉萍從稀土 Pr對(duì)Al-18%S1-Mg合金中Mg2Si相結(jié)晶行為的影響這個(gè)角度，研究了稀土 Pr對(duì)過共晶Al-18%S1-Mg合金組織與性能影響。
[0005]電磁攪拌在Al-Si合金凝固過程中會(huì)產(chǎn)生多種物理效應(yīng)，影響晶體的形核與長(zhǎng)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(jìn)行去皮加工；鑄件內(nèi)部組織均勻，晶粒細(xì)小。國(guó)內(nèi)外對(duì)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(fù)合變質(zhì)和電磁攪拌對(duì)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?jǐn)?shù)的12.5-13.5%, Cu占質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2.5-4.0%，Ni占質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.5-2.5%,Mg占質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.5-1.0%，Mn占質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.2-0.5%，Zn占質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.3%，Ti占質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.3%，余量為Al。將Al-13Si合金熔化后進(jìn)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(fù)合變質(zhì)基礎(chǔ)上合金的組織得到的改善，雖然施加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以進(jìn)一步增強(qiáng)變質(zhì)效果并可有效細(xì)化a-Al枝晶尺寸，但文中并未給出具體的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的工藝，其實(shí)施效果不具有可重復(fù)性。趙明欣等研究了電磁鑄造法對(duì)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(shí)現(xiàn)無接觸鑄造的方法，電磁鑄造成敗的關(guān)鍵，是使金屬液柱穩(wěn)定并使其高度保持一定。為達(dá)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(qiáng)度，鑄造速度(拉坯速度)，噴水冷卻強(qiáng)度。電磁鑄造成敗的另一個(gè)關(guān)鍵，是澆注速度和鋳造速度(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ー種鋁-硅-鐠(Al-S1-xPr)鑄造鋁合金及制備方法，鐠(Pr)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(xì)化a相組織，以提高合金的力學(xué)性能。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008]本發(fā)明所所述的鋁-硅-鐠鑄造鋁合金的各組分的重量百分比為:9.0-11.8%硅(Si)、0.1 -0.2% 鐠(Pr)，余量為 Al。
[0009]本發(fā)明所述的鋁-硅-鐠鑄造鋁合金的制備方法:將石墨坩堝中鋁-硅(Al-Si)合金在電磁攪拌爐中加熱至熔化，在81(T84(TC加入稀土元素鐠(Pr )后保溫51分鐘；然后電磁攪拌1(T15分鐘，電磁攪拌頻率為22-28HZ，電流強(qiáng)度為2(T40A ;最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣后，澆鑄取樣，澆鑄溫度為720-740°C。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)效果是:在Al-Si鋁合金中加入稀土 Pr不會(huì)提高生產(chǎn)成本，并且稀土 Pr的加入能明顯改善合金中硅相的形態(tài)并能細(xì)化a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(diǎn)狀或短桿狀。本發(fā)明エ藝簡(jiǎn)單、安全可靠、操作方便，且無三廢污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例4條件下含稀土 Pr的Al-Si合金鑄態(tài)顯微組織。
`[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例5條件下未含稀土 Pr的Al-Si合金鑄態(tài)顯微組織。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明將通過以下實(shí)施例作進(jìn)ー步說明。
[0014]實(shí)施例1。
[0015]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820°C加入Al-Yb中間合金并保溫5分鐘，其中稀土元素Pr占合金總重量的0.1%，然后施加電磁攪拌，電磁攪拌頻率為24HZ，電流強(qiáng)度為25A，電磁攪拌時(shí)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720°C。
[0016]實(shí)施例2。
[0017]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830°C將稀土元素Pr加入到熔體中并保溫8分鐘，其中稀土元素Pr占合金總重量的0.13%，然后施加電磁攪拌，電磁攪拌頻率為22HZ，電流強(qiáng)度為20A，電磁攪拌時(shí)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725°C。
[0018]實(shí)施例3。
[0019]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Pr加入到熔體中并保溫7分鐘，其中稀土元素Pr占合金總重量的0.15%，然后施加電磁攪拌，電磁攪拌頻率為26HZ，電流強(qiáng)度為30A，電磁攪拌時(shí)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735°C。
[0020]實(shí)施例4。
[0021]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Pr加入到熔體中并保溫6分鐘，其中稀土元素Pr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(qiáng)度為40A，電磁攪拌時(shí)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 0C o
[0022]實(shí)施例5。
[0023]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施加電磁攪拌，電磁攪拌頻率為28HZ，電流強(qiáng)度為35A，電磁攪拌時(shí)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°C。
[0024]在電磁場(chǎng)作用下稀土 Pr的加入能明顯改善合金中硅相的形態(tài)并能細(xì)化a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(diǎn)狀或短桿狀，如附圖1 (實(shí)施例4)和圖2 (實(shí)施例5)所示。本發(fā)明エ藝簡(jiǎn)單、安全可靠、操作方便，且無三廢污染。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁-硅-鐠鑄造鋁合金，其特征是合金的各組分的重量百分比為:9.0-11.8%硅、0.1-0.2%鐠，余量為Al。
2.權(quán)利要求1所述的鋁-硅-鐠鑄造鋁合金的制備方法，其特征是將石墨坩堝中鋁-硅合金在電磁攪拌爐中加熱至熔化，在81(T84(TC加入稀土元素鐠后保溫51分鐘；然后電磁攪拌1(T15分鐘，電磁攪拌頻率為22-28HZ，電流強(qiáng)度為2(T40A ;最后將所得均勻熔體經(jīng)除氣、精煉、扒渣后 ，澆鑄取樣，澆鑄溫度為720-740°C。
【文檔編號(hào)】C22B9/00GK103451490SQ201310357741
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】胡志, 閆洪, 邱鴻旭 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)