一種稀土元素鐠合金化鋁硅合金及制備方法
【專利摘要】一種稀土元素鐠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9.0~12.0%，鐠為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℃溫度下按上述重量百分比加入鐠或鋁-鐠中間合金，保溫5~8分鐘；對上述合金熔體在超聲強(qiáng)度為10w/cm2~38w/cm2、超聲處理時間總計為3~8分鐘、每次超聲時間為20~30秒、間歇時間20~30秒的條件下施加間歇超聲處理后，合金熔體降溫至720~740℃，保溫31~180分鐘后在40~65℃/min的冷卻速度下凝固成形。本發(fā)明能明顯促進(jìn)α-Al相的細(xì)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(xué)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】一種稀土元素鐠合金化紹娃合金及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于鋁硅合金及制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[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(xué)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(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)，有獨特的4f電子結(jié)構(gòu)、大的原子磁矩、很強(qiáng)的自旋偶合特性，對鋁合金的影響也相當(dāng)獨特。稀土元素的變質(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Pr對Al-Si合金具有顯著的變質(zhì)能力，華東交通大張堅等研究了普通鑄造條件下稀土 Pr對高耐磨過共晶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Al-18%S1-Mg合金中Mg2Si相結(jié)晶行為的影響這個角度，研究了稀土 Pr對過共晶Al-18%S1-Mg合金組織與性能影響。
[0004]超聲波在Al-Si熔體中傳播時，會產(chǎn)生正壓相和負(fù)壓相，破壞熔體的結(jié)構(gòu)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(jié)晶核心。東北大學(xué)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(jié)果表明:超聲對初晶Si和共晶Si組織具有雙重細(xì)化作用，使Si破碎變成顆粒狀，合金的機(jī)械強(qiáng)度和塑性得到改善。合肥工業(yè)大學(xué)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(qiáng)度和延伸率。上海大學(xué)劉清梅研究了側(cè)部導(dǎo)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(yīng)區(qū)577-660°C)中進(jìn)行超聲處理能顯著細(xì)化共晶硅相，改善其形貌及分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供了一種稀土元素鐠(Pr)合金化鋁硅合金的方法，該方法能有效改善初晶硅、共晶硅的形態(tài)及分布，以提高合金的力學(xué)性能。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明所述的稀土元素鐠合金化鋁硅合金，合金的各組分的重量百分比是:硅為
9.0~12.0%，鐠為0.05~0.4%，余量為鋁。
[0008]本發(fā)明所提供一種稀土元素Pr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(Al-Si )合金加熱至熔化后，在77(T790°C溫度下按上述重量百分比加入鐠或鋁-鐠中間合金，保溫51分鐘；對上述合金熔體施加間歇超聲處理后，合金熔體降溫至72(T740°C，保溫31~180分鐘后在40~65°C /min的冷卻速度下凝固成形。[0009]本發(fā)明所述間歇超聲處理是:超聲強(qiáng)度為10W/CnT38W/Cm2，超聲處理時間總計為3~8分鐘，每次超聲時間為20-30秒，間歇時間20-30秒。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)效果是:在間歇超聲作用下稀土 Pr的加入能明顯促進(jìn)α -Al相的細(xì)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(xué)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】
[0011]圖1為實施例4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(jìn)一步說明。
[0013]實施例1。
[0014]將含硅為9.0% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩堝加熱至全部熔化，在780°C加入Al-Pr中間合金并保溫5分鐘，其中稀土元素Pr占合金總重量的0.05% ;然后將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進(jìn)行間歇超聲處理，超聲強(qiáng)度為lOw/cm2，超聲處理時間總計為3分鐘，每次超聲時間為25秒，間歇時間25秒；最后將合金熔體降至720°C保溫31分鐘后，在冷卻速度為40°C /min的金屬型模具中澆鑄成型。
[0015]實施例2。
[0016]將含硅為9.8% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩堝加熱至全部熔化，在790°C加入稀土元素Pr金屬并保溫6分鐘，其中稀土元素Pr占合金總重量的0.06% ;然后將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進(jìn)行間歇超聲處理，超聲強(qiáng)度為20w/cm2，超聲處理時間總計為4分鐘，每次超聲時間為30秒，間歇時間20秒；最后將合金熔體降至720°C保溫61分鐘后，在冷卻速度為50°C /min的金屬型模具中澆鑄成型。
[0017]實施例3。
[0018]將含硅為10.2% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩堝加熱至全部熔化，在780°C加入稀土元素Pr金屬并保溫8分鐘,其中稀土元素Pr占合金總重量的0.12% ;然后將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進(jìn)行間歇超聲處理，超聲強(qiáng)度為25w/cm2，超聲處理時間總計為5分鐘，每次超聲時間為20秒，間歇時間20秒；最后將合金熔體降至720°C保溫181分鐘后，在冷卻速度為50°C /min的金屬型模具中澆鑄成型。
[0019]實施例4。
[0020]將含硅為11.4% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩堝加熱至全部熔化，在780°C加入Al-Pr中間合金并保溫7分鐘，其中稀土元素Pr占合金總重量的0.28% ;然后將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進(jìn)行間歇超聲處理，超聲強(qiáng)度為30w/cm2，超聲處理時間總計為6分鐘，每次超聲時間為30秒，間歇時間30秒；最后將合金熔體降至730°C保溫121分鐘后，在冷卻速度為60°C /min的金屬型模具中澆鑄成型。
[0021]實施例5。
[0022]將含硅為12.0% (重量百分比)的Al-Si合金加入到石墨坩堝加熱至全部熔化，在770°C加入Al-Pr中間合金并保溫8分鐘，其中稀土元素Pr占合金總重量的0.4% ;然后將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進(jìn)行間歇超聲處理，超聲強(qiáng)度為38w/cm2，超聲處理時間總計為8分鐘，每次超聲時間為30秒，間歇時間30秒；最后將合金熔體降至730°C保溫121分鐘后，在冷卻速度為65°C /min的金屬型模具中澆鑄成型。
[0023]將實施例4制得的鑄錠取樣，經(jīng)打磨、拋光、腐蝕后在光學(xué)顯微鏡下觀察合金顯微組織，如附圖1 (實施例4)所示。從附圖1中可以看出，稀土 Pr的加入能明顯促進(jìn)α-Al相的細(xì)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。實施例4獲得的鑄錠依照GB/T228-2002加工成圓形橫截面拉伸試樣。經(jīng)測定，實例例4中拉伸試樣的抗拉強(qiáng)度為246MPa，延伸率為9.4%，要優(yōu)于GB/T 1173-1995鑄造鋁合金中具有相似合金成分的ZL102的抗拉強(qiáng)度(145MPa)和延伸率為 (4%)。
【權(quán)利要求】
1.一種稀土元素鐠合金化鋁硅合金，其特征是合金的各組分的重量百分比是:硅為9.0~12.0%，鐠為0.05~0.4%，余量為鋁。
2.權(quán)利要求1所述的合金的制備方法，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溫度下按上述重量百分比加入鐠或鋁-鐠中間合金，保溫51分鐘；對上述合金熔體施加間歇超聲處理后，合金熔體降溫至72(T740°C，保溫3廣180分鐘后在40^650C /min的冷卻速度下凝固成形； 所述間歇超聲處理是:超聲強(qiáng)度為10W/CnT38W/Cm2，超聲處理時間總計為31分鐘，每次超聲時間為20~30秒， 間歇時間20~30秒。
【文檔編號】C22C21/04GK103469028SQ201310357779
【公開日】2013年12月25日 申請日期: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, 阮先明 申請人:南昌大學(xué)