一種能提高a356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法
【專利摘要】一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法，屬于鋁合金熔鑄【技術領域】，其特征為：以Al-10Sr中間合金為變質(zhì)劑，以A356鋁合金為變質(zhì)對象，在熔煉Al-10Sr中間合金的步驟中，在徹底扒渣并將合金液中粗大的顆粒過濾去除后，將合金液快速澆入水冷銅模中得到經(jīng)水冷銅模工藝處理的Al-10Sr中間合金，按經(jīng)水冷銅模工藝處理的Al-10Sr中間合金加入量為A356鋁合金熔體質(zhì)量的0.10%-0.50%對A356鋁合金進行細化變質(zhì)處理，細化變質(zhì)后A356鋁合金的組織及性能都顯著改善提高。
【專利說明】一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法
[0001]

【技術領域】 本發(fā)明屬于鋁合金熔鑄【技術領域】，特指一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝 方法。

【背景技術】
[0002] A356鋁合金是亞共晶Al-Si-Mg系合金中應用最廣泛的合金，具有流動性好，無熱 裂傾向，線收縮小，較高的比強度和較好的鑄造性能，廣泛應用于航空、航天、汽車、建筑等 工業(yè)。但未經(jīng)變質(zhì)處理的A356鋁合金中，Si相呈現(xiàn)出粗大的針片狀，使合金的基體受到嚴 重割裂，并在硅相的尖端和棱角處易造成應力集中，使材料強度、塑性、切削加工性顯著降 低。因此，為提高A356鋁合金的機械性能，改善A356鋁合金的加工工藝性能，需對A356鋁 合金進行變質(zhì)處理。由于Al-IOSr中間合金對共晶硅相的變質(zhì)效果遠好于其他金屬及合 金，目前工業(yè)上普遍采用Al-IOSr中間合金對A356鋁合金進行變質(zhì)處理，經(jīng)Sr變質(zhì)共晶硅 顆粒細小，可以顯著改善其加工工藝性能，提高A356鋁合金的品質(zhì)，但由于Al-IOSr中間 合金組織形態(tài)不同，在加入Sr量相同的情況下，對A356鋁合金細化變質(zhì)效果產(chǎn)生明顯不同 的影響，Al-IOSr中間合金中的第二相主要是由呈板片狀分布的Al 4Sr相以及在基體上呈 條狀簇分布的（Al+Al4Sr)共晶相組成，Al4Sr化合物中的Sr只有轉化為游離態(tài)的Sr后， 才可發(fā)揮其細化變質(zhì)作用。彌散細小的Al 4Sr相由于比表面積較大，表面能較高，其溶解 速度較快，使Sr原子易從中游離出來，降低表面能，使Sr具有很好的細化變質(zhì)效果，而粗 大片狀的Al 4Sr相，分布不均勻，則不易使Sr原子從中游離出來，細化變質(zhì)效果不好，SP力口 入的Al-IOSr中間合金中的第二相形態(tài)、大小、分布及表面狀態(tài)和能量對A356鋁合金細化 變質(zhì)效果產(chǎn)生直接的影響。Al-IOSr中間合金在熔煉制備過程中，熔體凝固條件的不同將 直接導致所形成的第二相形態(tài)的不同，對熔體進行強力攪拌、振動，可從外界輸入能量促使 晶核提前形成，同時采取一定的工藝措施，增大過冷度，增加熔體與模具的熱交換，使液穴 中的熔體溫度降低，破碎結晶前沿的骨架，出現(xiàn)大量可作為非均勻形核的物質(zhì)一枝晶碎塊， 從而使形核率大大增加，熔體凝固后單位體積中的晶粒數(shù)也隨之明顯增加，可獲得Al-IOSr 中間合金上分布更為彌散細小的第二相粒子，把一定量的Al-IOSr中間合金加入到待細化 變質(zhì)的A356鋁合金后，由于Al-IOSr中間合金自身組織形態(tài)有遺傳性，其組織形態(tài)將對鋁 硅合金結晶組織有遺傳影響，即Al-IOSr中間合金細化變質(zhì)效果有組織遺傳效應，這說明， Al-IOSr中間合金是一種具有遺傳效應的中間合金。
[0003] 因此，開發(fā)出一種能顯著改善Al-IOSr中間合金變質(zhì)劑組織特征的工藝處理方 法，能夠顯著提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果，進而獲得較理想的組織及性能，既可小批量 生產(chǎn)又可大規(guī)模生產(chǎn)，降低成本，具有重要的理論意義和重大的實際應用價值。
[0004] 本發(fā)明開發(fā)出一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明開發(fā)出一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法，以Al-IOSr中間 合金為變質(zhì)劑：其中 Sr 9· 00% -11. 00%，Ti < 0· 02%，Si < 0· 12%，F(xiàn)e < 0· 06%，其余雜質(zhì) 元素含量每個不大于0. 05%，余量為Al ;變質(zhì)對象為A356鋁合金，其中Si 6. 50%-7. 50%，Mg 0· 20%-0· 40%，Cu 彡 0· 20%，Mn 彡 0· 10%，Zn 彡 0· 10%，F(xiàn)e 彡 0· 20%，Ti 彡 0· 20%，其余雜質(zhì)元 素含量每個不大于0. 05%，其余為A1，成分按質(zhì)量百分比計算；變質(zhì)劑使用量為A356鋁合金 質(zhì)量的 〇· 1〇%-〇· 50%。
[0006] 熔煉工藝為：首先進行預處理，將Al-IOSr中間合金錠切割成大小適中的塊狀后， 進行打磨、拋光以除去表面的氧化皮，用丙酮在超聲波震蕩器中進行清洗、烘干、稱量，熔煉 輔助工具用ZnO涂料進行涂刷，涂層厚度I. Omm-1. 5mm，在溫度為200°C _300°C箱式電阻爐 內(nèi)烘干備用；其次進行熔煉Al-IOSr中間合金，將Al-IOSr中間合金置于內(nèi)部清理干凈并 預熱至450°C _550°C的石墨坩堝中，并置于SG2-7. 5-12型電阻爐內(nèi)升溫熔化，熔體下凹變 軟后，在其表面撒入鋁合金專用覆蓋劑，完全熔化后，升溫至690°C-740°C時，用石墨棒強 力均勻攪拌烙體Imin,保溫4min-6min使各元素均勻化，通入CCl 6除氣，用石墨鐘罩壓入 Al-IOSr中間合金熔體質(zhì)量的0. 20%的脫水ZnCl2至石墨坩堝底部，水平移動，進行精煉，直 至完全反應，靜置4min -6min，降溫至680°C -700°C時，進行徹底扒渣，并將合金液用耐高 溫纖維過濾網(wǎng)將粗大的顆粒過濾去除，將合金液快速澆入水冷銅模中，冷卻后取出中間合 金，石墨坩堝內(nèi)底部的任何雜質(zhì)都不得倒入Al-IOSr中間合金上表面，以免污染中間合金， 此工藝稱為Al-IOSr中間合金變質(zhì)劑水冷銅模工藝處理。
[0007] 變質(zhì)工藝為：將處理過的A356鋁合金置于內(nèi)部清理干凈并預熱石墨坩堝中，置于 SG2-7. 5-12型電阻爐內(nèi)升溫熔化，待A356鋁合金全部熔化后，升溫至740°C _780°C時，用石 墨棒強力均勻攪拌烙體Imin,保溫6min-8min使各元素均勻化，用石墨鐘罩壓入A356錯合 金熔體質(zhì)量的〇. 20%脫水的ZnCl2進行精煉，靜置4min-6min、扒渣，往熔體中加入A356鋁 合金熔體質(zhì)量的〇. 1〇%_〇. 50%經(jīng)水冷銅模工藝處理的Al-IOSr中間合金變質(zhì)劑，保溫5min 使各元素均勻化，強力攪拌、除氣、精煉、靜置、降溫至730°C、扒渣、過濾，分別澆入鑄鋼模 中，制成金相試樣，然后再按國家標準規(guī)定每組加工3根金屬型拉伸試棒，室溫拉伸力學性 能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行，拉伸速率為0. 05mm/min，相應每組力學性能 都取平均值，其數(shù)值如表1所示，加入經(jīng)水冷銅模工藝處理的Al-IOSr中間合金變質(zhì)A356 鋁合金的抗拉強度和伸長率，根據(jù)室溫拉伸力學性能測試數(shù)據(jù)可知，對經(jīng)水冷銅模工藝處 理的Al-IOSr中間合金隨著加入量的增加，合金的抗拉強度，伸長率均呈先上升再減小趨 勢，當變質(zhì)劑含量達到A356鋁合金熔體質(zhì)量的0. 30%時，變質(zhì)后A356鋁合金的抗拉強度和 伸長率都達到最大值，即抗拉強度〇b達到249. 38Mpa，伸長率δ達到6. 82%。
[0008] 表1加入經(jīng)水冷銅模工藝處理的Al-IOSr中間合金變質(zhì)Α356鋁合金的力學件能

【權利要求】
1. 一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法，其特征在于：以經(jīng)水冷銅模工藝 處理的ΑΙ-lOSr中間合金為變質(zhì)劑變質(zhì)A356鋁合金，變質(zhì)劑的加入量為A356鋁合金質(zhì)量 的0. 10%-0. 50%，所述經(jīng)水冷銅模工藝處理的ΑΙ-lOSr中間合金是在熔煉ΑΙ-lOSr中間合金 的步驟中，在徹底扒渣并將合金液用耐高溫纖維過濾網(wǎng)將粗大的顆粒過濾去除以后，將合 金液快速澆入水冷銅模中得到的。
2. 如權利要求1所述的一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法，其特征在 于：所述經(jīng)水冷銅模工藝處理的ΑΙ-lOSr中間合金變質(zhì)A356鋁合金時，加入量為A356鋁合 金熔體質(zhì)量的〇. 30%時，細化變質(zhì)A356鋁合金的組織及性能最好。
3. 如權利要求1所述的一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法，其特 征在于：所述Al-lOSr中間合金的成分按照質(zhì)量百分比計算為：Sr 9.00% -11.00%， Ti < 0. 02%，Si < 0. 12%，F(xiàn)e < 0. 06%，其余雜質(zhì)元素含量每個不大于0. 05%，余量為A1。
4. 如權利要求1所述的一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法，其特征在 于：所述A356鋁合金的成分按照質(zhì)量百分比計算為：Si 6. 50%-7. 50%，Mg 0. 20%-0. 40%， Cu彡0· 20%，Μη彡0· 10%，Zn彡0· 10%，F(xiàn)e彡0· 20%，Ti彡0· 20%，其余雜質(zhì)元素含量每個不 大于0.05%，其余為A1。
5. 如權利要求1所述的一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法，其特征在 于所述熔煉Al-lOSr中間合金的步驟具體為：首先進行預處理，將Al-10Sr中間合金錠切 割成大小適中的塊狀后，進行打磨、拋光以除去表面的氧化皮，用丙酮在超聲波震蕩器中 進行清洗、烘干、稱量，熔煉輔助工具用ZnO涂料進行涂刷，涂層厚度1. 0mm-l. 5_，在溫度 為200°C _300°C箱式電阻爐內(nèi)烘干備用；其次進行熔煉Al-10Sr中間合金，將Al-10Sr中 間合金置于內(nèi)部清理干凈并預熱至450°C _550°C的石墨坩堝中，并置于SG2-7. 5-12型電 阻爐內(nèi)升溫熔化，熔體下凹變軟后，在其表面撒入鋁合金專用覆蓋劑，完全熔化后，升溫至 690°C _740°C時，用石墨棒強力均勻攪拌烙體lmin，保溫4min_6min使各兀素均勻化，通入 CC16除氣，用石墨鐘罩壓入Al-10Sr中間合金熔體質(zhì)量的0. 20%的脫水ZnCl2至石墨坩堝 底部，水平移動，進行精煉，直至完全反應，靜置4min -6min，降溫至680°C -700°C時，進行 徹底扒渣，并將合金液用耐高溫纖維過濾網(wǎng)將粗大的顆粒過濾去除，將合金液快速澆入水 冷銅模中，冷卻后取出中間合金，石墨坩堝內(nèi)底部的任何雜質(zhì)都不得倒入Al-lOSr中間合 金上表面，以免污染中間合金，此工藝稱為Al-10Sr中間合金變質(zhì)劑水冷銅模工藝處理。
6. 如權利要求1所述的一種能提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果的工藝方法，其特征在 于所述以經(jīng)水冷銅模工藝處理的Al-lOSr中間合金為變質(zhì)劑變質(zhì)A356鋁合金的步驟具體 為：將處理過的A356鋁合金置于內(nèi)部清理干凈并預熱石墨坩堝中，置于SG2-7. 5-12型電 阻爐內(nèi)升溫熔化，待A356鋁合金全部熔化后，升溫至740°C _780°C時，用石墨棒強力均勻 攪拌烙體lmin，保溫6min-8min使各元素均勻化，用石墨鐘罩壓入A356錯合金烙體質(zhì)量的 0.20%脫水的211(：12進行精煉，靜置41^11-61^11、扒渣，往熔體中加入4356鋁合金熔體質(zhì)量 的0. 10%-0. 50%經(jīng)水冷銅模工藝處理的Al-10Sr中間合金變質(zhì)劑，保溫5min使各元素均勻 化，強力攪拌、除氣、精煉、靜置、降溫至730°C、扒漁、過濾，分別澆入鑄鋼模中，制成金相試 樣。
【文檔編號】C22C1/03GK104294068SQ201410533429
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權日:2014年10月11日
【發(fā)明者】王正軍, 司乃潮, 劉光磊, 王宏健, 丁冉, 萬浩, 王俊 申請人:江蘇大學