本發(fā)明屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及亞共晶鑄造鋁硅合金變質(zhì)與微合金化處理方法。

技術(shù)背景

亞共晶鑄造鋁硅合金密度小、比強(qiáng)度高，易于成形，適合生產(chǎn)各類形狀復(fù)雜、高性能結(jié)構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)械各行業(yè)。但在鑄態(tài)合金中，共晶硅在沒有進(jìn)行變質(zhì)處理的情況下呈現(xiàn)出粗大的針狀或者板片狀，這種形態(tài)的硅會(huì)割裂合金基體，極大地降低鋁硅合金的強(qiáng)度和塑性。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用變質(zhì)處理的方法來消除粗大的針狀或者板片狀硅相的不利影響。變質(zhì)處理是通過加入一些微量元素改善共晶硅的形狀、大小和分布，使得共晶硅相由粗大的板片狀變質(zhì)成細(xì)小的纖維狀，大大提升合金的力學(xué)性能。

亞共晶鑄造鋁硅合金的變質(zhì)方法主要有na變質(zhì)、sr變質(zhì)和sb變質(zhì)。na變質(zhì)雖然變質(zhì)效果好，但是易衰退失效，且添加過程中易產(chǎn)生煙霧污染環(huán)境；sr變質(zhì)雖然具有變質(zhì)效果明顯、長(zhǎng)效性等優(yōu)點(diǎn)，但其變質(zhì)潛伏期長(zhǎng)、吸氣傾向嚴(yán)重、燒損嚴(yán)重，組織容易產(chǎn)生氣孔、縮松等缺陷；sb變質(zhì)具有不衰退、吸氣傾向小等優(yōu)點(diǎn)，但sb變質(zhì)效果一般，且sb具有毒性，在熔煉和澆注的過程中會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，只在特殊條件下獲準(zhǔn)使用。

工程應(yīng)用中使用的鋁硅合金均為多元合金，即需要提前引入一定量的元素la、mg來進(jìn)行微合金化，之后再進(jìn)行變質(zhì)處理，熔煉工序較為繁瑣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種利用稀土元素la和元素mg對(duì)亞共晶鑄造鋁硅合金實(shí)現(xiàn)變質(zhì)的同時(shí)，進(jìn)行微合金化的方法。該方法具有變質(zhì)效果好、潛伏期短、無衰退性、無吸氣傾向等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)加入的la、mg作為微合金化元素可以對(duì)合金進(jìn)行強(qiáng)化；此外該方法還具有脫氫除氣、減少氧化物夾雜、凈化熔體的作用。

技術(shù)方案：本發(fā)明的協(xié)同進(jìn)行亞共晶鑄造鋁硅合金變質(zhì)與微合金化的方法，包括以下步驟：

步驟1：在坩堝電阻爐中，將烘干后的亞共晶鑄造鋁硅合金在石墨黏土坩堝中于760℃熔化，保溫20-30分鐘，獲得均勻的鋁熔體；

步驟2：將步驟1中獲得的鋁合金熔體降溫至720℃，加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.6-1.0％的c2cl6進(jìn)行精煉，保溫20-30分鐘，之后進(jìn)行撇渣；

步驟3：在步驟2獲得的鋁合金熔體中，于720-740℃加入稀土la，la元素在合金熔體中質(zhì)量百分含量控制在0.2-0.5％，加入la元素后，保溫20-30分鐘；

步驟4：將步驟3獲得的鋁合金熔體的溫度提升至750-770℃，加入mg元素，mg元素在合金熔體中質(zhì)量百分含量控制在0.5-0.8％，加入mg元素后，保溫10-20分鐘；

步驟5：將步驟4獲得的鋁合金熔體的溫度降至700-740℃，進(jìn)而澆注成形。

作為優(yōu)選方案：亞共晶鑄造鋁硅合金中硅的質(zhì)量百分含量為4-12％。

作為優(yōu)選方案：亞共晶鑄造鋁硅合金為亞共晶鋁硅二元合金和亞共晶鋁硅系多元合金。

作為優(yōu)選方案：la元素以純la和各種al-la中間合金的形式添加。

作為優(yōu)選方案：mg元素以純mg和各種al-mg中間合金的形式添加。

有益效果：本發(fā)明方法以稀土元素la和元素mg進(jìn)行變質(zhì)，同時(shí)進(jìn)行微合金化處理，la和mg均具有變質(zhì)作用，且它們之間的變質(zhì)作用可以互相促進(jìn)，對(duì)亞共晶鑄造鋁硅合金可以實(shí)現(xiàn)良好的變質(zhì)，同時(shí)la、mg作為微合金化元素可以對(duì)合金進(jìn)行強(qiáng)化。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明提供的方法，在保溫時(shí)間為1-2h時(shí)，仍然能夠保持良好的變質(zhì)效果，克服了na變質(zhì)易衰退的特點(diǎn)；使用該方法時(shí)，合金鑄態(tài)組織中的氣孔率和縮孔率很低，克服了sr變質(zhì)吸氣傾向嚴(yán)重，易產(chǎn)生氣孔、縮松的缺點(diǎn)；該方法所用原料安全環(huán)保且具有良好的變質(zhì)效果，克服了sb變質(zhì)具有毒性，且變質(zhì)效果一般的缺點(diǎn)。

(2)la、mg元素的加入同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了鋁硅合金的微合金化，即進(jìn)行變質(zhì)的同時(shí)進(jìn)行微合金化，減少了工業(yè)應(yīng)用中單獨(dú)進(jìn)行微合金化的熔煉工序，提高了生產(chǎn)效率。

(3)稀土la與氫形成穩(wěn)定的稀土氫化物，以固體形式吸收鋁液中大量的氫，降低氫含量，同時(shí)mg對(duì)鋁液中的氫也具有一定的清除作用，從而可以消除針孔。鋁液中溶解的原子態(tài)稀土la與氧化物夾雜發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)生成的稀土氧化物比重大于鋁液，可以較快地沉降到熔體底部，與熔體分離，從而凈化熔體。la和mg均為表面活性元素，加入鋁液后集中在鋁液表面，使鋁液表明氧化物更加致密，從而減弱了鋁液的進(jìn)一步氧化。

附圖說明

圖1為500倍下未經(jīng)變質(zhì)與微合金化的al-7si合金鑄態(tài)組織的金相組織示意圖；

圖2為500倍下經(jīng)充分變質(zhì)與微合金化的al-7si合金鑄態(tài)組織的金相組織示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例一：本實(shí)施例中亞共晶鑄造鋁硅合金的變質(zhì)與微合金化方法如下：

步驟1：在坩堝電阻爐中，將烘干后的al-7si合金在石墨黏土坩堝中于760℃熔化，保溫20-30分鐘，獲得均勻的鋁熔體；

步驟2：將步驟1中獲得的鋁合金熔體降溫至720℃，加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.8％的c2cl6進(jìn)行精煉，保溫20-30分鐘，之后進(jìn)行撇渣；

步驟3：在步驟2獲得的鋁合金熔體中，于730℃加入稀土la，la元素在合金熔體中質(zhì)量百分含量控制在0.25-0.35％，加入la元素后，保溫25分鐘；

步驟4：將步驟3獲得的鋁合金熔體的溫度提升至760℃，加入mg元素，mg元素在合金熔體中質(zhì)量百分含量控制在0.65-0.75％，加入mg元素后，保溫15分鐘；

步驟5：將步驟4獲得的鋁合金熔體的溫度降至720℃，進(jìn)而澆注成形。

圖1為500倍下未經(jīng)變質(zhì)與微合金化的al-7si合金鑄態(tài)組織的金相照片，照片中較亮部分為初生鋁和共晶鋁，較暗部分為共晶硅，從照片可以看出共晶硅呈粗大的片狀或針狀。

圖2為500倍下經(jīng)充分變質(zhì)與微合金化的al-7si合金鑄態(tài)組織的金相照片，照片中較亮部分為初生鋁和共晶鋁，較暗部分為共晶硅，從照片可以看出共晶硅呈細(xì)小的顆粒狀。

實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟3中于720℃加入稀土la，la元素在合金熔體中質(zhì)量百分含量控制在0.2％，加入la元素后，保溫20分鐘。其他與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例三：本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟3中于740℃加入稀土la，la元素在合金熔體中質(zhì)量百分含量控制在0.5％，加入la元素后，保溫30分鐘。其他與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例四：本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟4中鋁合金熔體的溫度提升至750℃，加入mg元素，mg元素在合金熔體中質(zhì)量百分含量控制在0.5％，加入mg元素后，保溫10分鐘。其他與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例五：本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是步驟4中鋁合金熔體的溫度提升至770℃，加入mg元素，mg元素在合金熔體中質(zhì)量百分含量控制在0.8％，加入mg元素后，保溫20分鐘。其他與實(shí)施例一相同。

上述實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和等同替換，這些對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求進(jìn)行改進(jìn)和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。