本發(fā)明屬于過(guò)共晶鋁硅合金的變質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合變質(zhì)的過(guò)共晶鋁硅合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

亞共晶al-si合金和過(guò)共晶al-si合金都被廣泛的應(yīng)用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、活塞、缸體、缸蓋等零部件的生產(chǎn)。相比于亞共晶al-si合金，過(guò)共晶al-si合金因其良好的耐磨、耐蝕性和良好的高溫性能被廣泛地應(yīng)用。但不足的是，過(guò)共晶al-si合金組織中存在粗大不規(guī)則的初生si及針片狀的共晶si，它們割裂了合金基體的連續(xù)性，使得合金的力學(xué)性能大大降低。因此，變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金中的si相，獲得細(xì)小均勻分布的組織，對(duì)提高過(guò)共晶al-si合金的性能和擴(kuò)大使用范圍至關(guān)重要。

目前，過(guò)共晶鋁硅合金的變質(zhì)方法主要有單一變質(zhì)和復(fù)合變質(zhì)兩種方式。其中，單一變質(zhì)已得到了許多實(shí)驗(yàn)的證實(shí)，如p鹽可以有效的變質(zhì)初生si，而sr鹽及na鹽對(duì)共晶si的變質(zhì)效果良好。可是，當(dāng)兩種不同變質(zhì)劑混合使用，進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)時(shí)，反而由于變質(zhì)劑之間的化學(xué)反應(yīng)使過(guò)共晶al-si合金的變質(zhì)效果減弱，喪失原有的變質(zhì)能力，不能起到細(xì)化和變質(zhì)si相的作用。

al-5ti-b作為一種良好的細(xì)化劑，已被工業(yè)化應(yīng)用于改善亞共晶al-si合金的組織及性能。因此，結(jié)合al-5ti-1b對(duì)共晶si的良好變質(zhì)及稀土元素對(duì)初生si的有效細(xì)化的作用，將稀土元素和al-5ti-1b以不同比例的含量加入到過(guò)共晶al-si合金中，除al3ti及tib2的細(xì)化質(zhì)點(diǎn)外，還會(huì)形成一種稀土化合物，分布在基體中，成為si相形核的襯底和抑制生長(zhǎng)si相生長(zhǎng)的質(zhì)點(diǎn)，促進(jìn)形核或阻礙晶體的長(zhǎng)大，從而起到有效變質(zhì)過(guò)共晶al-si合金的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合變質(zhì)的過(guò)共晶鋁硅合金及其制備方法，解決了現(xiàn)有的過(guò)共晶鋁硅合金的變質(zhì)方法復(fù)雜，效果不穩(wěn)定，使得合金的力學(xué)性能不夠理想的問(wèn)題。

本發(fā)明一種復(fù)合變質(zhì)的過(guò)共晶鋁硅合金包括以下按質(zhì)量百分比計(jì)組分：

硅17％～23％；

稀土0.2％～1.0％；

鋁鈦硼中間合金0.1％～0.8％；

余量為鋁。

進(jìn)一步，稀土為鐿；所述鋁鈦硼中間合金為al-5ti-1b。

進(jìn)一步，稀土和鋁鈦硼中間合金的質(zhì)量比為5:1、5:2、5:3、5:4、5:5。

一種復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)將鋁、結(jié)晶硅混合后，在790℃～820℃溫度下加熱至全部熔化后保溫6～12min，在730℃～750℃溫度下保溫15～20min，得到熔體；

(2)對(duì)步驟(1)中的熔體進(jìn)行降溫至710℃～720℃時(shí)，將c2cl6用鋁箔包覆壓入到熔體中，攪拌精煉、除渣除氣，扒渣后于700℃～710℃澆注成形，制得過(guò)共晶鋁硅合金；

(3)將步驟(2)中的過(guò)共晶鋁硅合金在760℃～790℃溫度下熔化，先后加入稀土和鋁鈦硼中間合金，每隔10～20min攪拌一次，至稀土和鋁鈦硼中間合金全部熔化后，在750℃～780℃溫度下保溫2～8min，得到復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金。

進(jìn)一步，步驟(2)中c2cl6的加入量為熔體質(zhì)量的0.5％～0.8％。

本發(fā)明的有益效果是制備方法簡(jiǎn)單易操作，復(fù)合變質(zhì)效果穩(wěn)定。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金2的初生si微觀形貌圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金3的初生si微觀形貌圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金2的共晶si微觀形貌圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金3的共晶si微觀形貌圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金1～5初生si平均尺寸及共晶si圓整度的變化圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

(1)將工業(yè)鋁錠、工業(yè)結(jié)晶硅混合加入到si-c棒坩堝爐中，在780℃溫度下加熱至全部熔化后，在730℃溫度下保溫15min，得到熔體；

(2)對(duì)步驟(1)中的熔體進(jìn)行降溫至710℃時(shí)，將0.5wt％c2cl6用鋁箔包覆壓入到熔體中，攪拌精煉、除渣除氣，扒渣后于710℃澆入到金屬模具中凝固成型，制得過(guò)共晶鋁硅合金1；

(3)將步驟(2)中的過(guò)共晶鋁硅合金在760℃溫度下熔化，先后加入稀土和鋁鈦硼中間合金，每隔10min攪拌一次，至稀土和鋁鈦硼中間合金全部熔化后，在750℃溫度下保溫2min，得到復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金1。

在步驟(3)中，所述稀土為鐿(yb)，稀土含量為0.5wt.％，鋁鈦硼中間合金含量為0.1wt.％。

本實(shí)施例中工業(yè)鋁錠、工業(yè)結(jié)晶硅、稀土和鋁鈦硼中間合金的用量根據(jù)復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金中各組分含量進(jìn)行確定。其中，復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金1，硅元素含量為18％、稀土為0.5％，鋁鈦硼中間合金為0.1％，余量為鋁。

實(shí)施例2

(1)將工業(yè)鋁錠、工業(yè)結(jié)晶硅混合加入到si-c棒坩堝爐中，在800℃溫度下加熱至全部熔化后，在740℃溫度下保溫18min，得到熔體；

(2)對(duì)步驟(1)中的熔體進(jìn)行降溫至720℃時(shí)，將0.6wt.％c2cl6用鋁箔包覆壓入到熔體中，攪拌精煉、除渣除氣，扒渣后于720℃澆入到金屬模具中凝固成型，制得過(guò)共晶鋁硅合金2；

(3)將步驟(2)中的過(guò)共晶鋁硅合金在780℃溫度下熔化，先后加入稀土和鋁鈦硼中間合金，每隔12min攪拌一次，至稀土和鋁鈦硼中間合金全部熔化后，在760℃溫度下保溫4min，得到復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金2。

在步驟(3)中，所述混合稀土為鐿(yb)，稀土含量為0.5wt.％，鋁鈦硼中間合金含量為0.2wt.％。

本實(shí)施例中工業(yè)鋁錠、工業(yè)結(jié)晶硅、稀土和鋁鈦硼中間合金的用量根據(jù)復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金中各組分含量進(jìn)行確定。其中，復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金2，硅元素含量為20％、稀土為0.5％，鋁鈦硼中間合金為0.2％，余量為鋁。

實(shí)施例3

(1)將工業(yè)鋁錠、工業(yè)結(jié)晶硅混合加入到si-c棒坩堝爐中，在810℃溫度下加熱至全部熔化后，在750℃溫度下保溫20min，得到熔體；

(2)對(duì)步驟(1)中的熔體進(jìn)行降溫至720℃時(shí)，將0.8wt.％c2cl6用鋁箔包覆壓入到熔體中，攪拌精煉、除渣除氣，扒渣后于710℃澆入到金屬模具中凝固成型，制得過(guò)共晶鋁硅合金3；

(3)將步驟(2)中的過(guò)共晶鋁硅合金在790℃溫度下熔化，先后加入稀土和鋁鈦硼中間合金，每隔14min攪拌一次，至稀土和鋁鈦硼中間合金全部熔化后，在770℃溫度下保溫5min，得到復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金3。

在步驟(3)中，所述稀土為鐿(yb)，稀土含量為0.5wt.％，鋁鈦硼中間合金含量為0.3wt.％。

本實(shí)施例中工業(yè)鋁錠、工業(yè)結(jié)晶硅、稀土和鋁鈦硼中間合金的用量根據(jù)復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金中各組分含量進(jìn)行確定。其中，復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金3，硅元素含量為22wt％、稀土為0.5％，鋁鈦硼中間合金為0.3％，余量為鋁。

實(shí)施例4

(1)將工業(yè)鋁錠、工業(yè)結(jié)晶硅混合加入到si-c棒坩堝爐中，在800℃溫度下加熱至全部熔化后，在750℃溫度下保溫16min，得到熔體；

(2)對(duì)步驟(1)中的熔體進(jìn)行降溫至710℃時(shí)，將0.6wt.％c2cl6用鋁箔包覆壓入到熔體中，攪拌精煉、除渣除氣，扒渣后于710℃澆入到金屬模具中凝固成型，制得過(guò)共晶鋁硅合金4；

(3)將步驟(2)中的過(guò)共晶鋁硅合金在780℃溫度下熔化，先后加入稀土和鋁鈦硼中間合金，每隔16min攪拌一次，至稀土和鋁鈦硼中間合金全部熔化后，在760℃溫度下保溫7min，得到復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金4。

在步驟(3)中，所述稀土為鐿(yb)，稀土含量為0.5wt.％，鋁鈦硼中間合金含量為0.4wt.％。

本實(shí)施例中工業(yè)鋁錠、工業(yè)結(jié)晶硅、稀土和鋁鈦硼中間合金的用量根據(jù)復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金中各組分含量進(jìn)行確定。其中，復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金4，硅元素含量為20wt％、稀土為0.5％，鋁鈦硼中間合金為0.4％，余量為鋁。

實(shí)施例5

(1)將工業(yè)鋁錠、工業(yè)結(jié)晶硅混合加入到si-c棒坩堝爐中，在820℃溫度下加熱至全部熔化后，在740℃溫度下保溫15min，得到熔體；

(2)對(duì)步驟(1)中的熔體進(jìn)行降溫至720℃時(shí)，將0.8wt.％c2cl6用鋁箔包覆壓入到熔體中，攪拌精煉、除渣除氣，扒渣后于710℃澆入到金屬模具中凝固成型，制得過(guò)共晶鋁硅合金5；

(3)將步驟(2)中的過(guò)共晶鋁硅合金在790℃溫度下熔化，先后加入稀土和鋁鈦硼中間合金，每隔18min攪拌一次，至稀土和鋁鈦硼中間合金全部熔化后，在780℃溫度下保溫8min，得到復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金5。

在步驟(3)中，所述稀土為鐿(yb)，稀土含量為0.5wt.％，鋁鈦硼中間合金含量為0.5wt.％。

本實(shí)施例中工業(yè)鋁錠、工業(yè)結(jié)晶硅、稀土和鋁鈦硼中間合金的用量根據(jù)復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金中各組分含量進(jìn)行確定。其中，復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金4，硅元素含量為18wt％、稀土為0.5％，鈦硼中間合金為0.5％，余量為鋁。

實(shí)施例效果：

如圖1至圖4所示，復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金2與復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金3的初生si及共晶si微觀形貌比較試驗(yàn)。本發(fā)明采用素有“工業(yè)維生素”之稱(chēng)的稀土元素yb和良好的鋁合金晶粒細(xì)化劑al-5ti-1b復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金。由于稀土元素具有極強(qiáng)的電負(fù)性，當(dāng)al-5ti-1b中間合金加入到合金熔體中時(shí)，除了原有al3ti、tib2細(xì)小顆粒的變質(zhì)作用外，還會(huì)形成稀土化合物，成為si相新的形核襯底，能有有效的變質(zhì)初生si和共晶si。另外，稀土元素在al基體中的溶解度很小，在凝固過(guò)程中易被推到固液界面前沿，產(chǎn)生較大的成分過(guò)冷，進(jìn)一步促進(jìn)si相的形核；同時(shí)，加入al-5ti-1b中間合金后，形成的稀土化合物在si/al界面出析出，阻礙了si原子的擴(kuò)散，起到了抑制si相生長(zhǎng)的作用。因此，本發(fā)明一種復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金及其制備方法，可以獲得組織均勻致密，且顆粒圓整的初生si相(如圖2所示)，以及尖端明顯鈍化、尺寸顯著減小的短桿狀共晶si相(如圖4所示)。與傳統(tǒng)的鑄造過(guò)共晶鋁硅合金si相相比，初生si平均尺寸減小了69.8％，共晶si圓整度提高了81.6％，具體變化曲線如圖5所示。

因此，本發(fā)明一種復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金及其制備方法，可以制備得到si相組織細(xì)小，且均勻分布的過(guò)共晶al-si合金，增加了合金組織的致密性，減少了尖端應(yīng)力集中的趨勢(shì)，對(duì)提高過(guò)共晶al-si合金的力學(xué)性能發(fā)揮了良好的作用，因而進(jìn)一步擴(kuò)大了過(guò)共晶al-si合金的應(yīng)用潛能。

本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明復(fù)合變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金si相組織更加均勻細(xì)小，與傳統(tǒng)鑄造過(guò)共晶鋁硅合金相比，初生si平均尺寸及共晶si圓整度分別減小和提高了69.8％、81.6％；

(2)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單易操作，復(fù)合變質(zhì)效果穩(wěn)定。

以上所述僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施方式所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。