[发明专利]一种稀土Y变质AlSi7Mg合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变质铝硅合金的方法。

背景技术

亚共晶铝硅合金的密度低，铸造性能好，力学性能高，能铸造复杂形状的高强度铸件，其在汽车、航空航天等行业得到广泛的应用。对于未变质的铝硅合金，共晶硅相呈粗大片状或块状结构，且比较脆，在Si相的尖端和棱角处引起应力集中，早期的裂纹容易在此处产生，力学性能特别是塑性显著降低。

目前，工业生产过程中都会对铝硅合金进行变质处理，来改变共晶硅形态，由粗大的片状或针状转变为纤维状，提高合金的力学性能，尤其是延伸率，同时变质对Al-Si合金的收缩行为也有强烈的抑制作用，工业中最常用的变质剂是Al-10Sr中间合金和Na盐。Na盐由于容易衰退和不易控制逐渐被Sr取代，但是研究结果表明，变质剂Sr的加入也伴随着气孔等缺陷的增多，Sr也容易产生过变质现象，降低合金的性能。

发明内容

本发明提供了一种稀土Y变质AlSi7Mg合金的方法，得到了具有良好抗拉强度和延伸率的AlSi7Mg合金，解决了采用变质剂Sr得到的AlSi7Mg合金中存在气孔缺陷的问题。

本发明稀土Y变质AlSi7Mg合金的方法是通过以下步骤实现的：一、按重量百分比称取34.05%~45.05%的质量纯度为99.99%的高纯铝、54.2%~62.5%的Al-12Si中间合金、0.25%~0.45%的质量纯度为99.99%的高纯镁和0.5%~3%的Al-10Y中间合金；二、将步骤一称取的高纯铝和Al-12Si中间合金清洗干燥后放入功率为7.5kW的坩埚电阻炉中，加热至完全熔化，熔体温度控制在720℃～730℃；三、采用温度为300℃的石墨钟罩将步骤一称取的高纯镁压入步骤二得到的熔体中，保温静置10~20min，得AlSi7Mg合金熔体，其中石墨钟罩使用前在300℃下预热10~30min；四、对步骤三的AlSi7Mg合金熔体采用旋转喷吹高纯氩气的方式进行精炼处理10~30min后，向AlSi7Mg合金熔体中加入步骤一称取的Al-10Y中间合金，搅拌均匀，保温静置10~30min后，扒渣，然后将合金熔体降温至710℃后浇注到温度为250℃的金属型中，即得稀土Y变质的AlSi7Mg合金；其中控制Y的加入量为得到的稀土Y变质的AlSi7Mg合金总质量的0.05%~0.3%。

本发明步骤一中的原料均为市售产品。步骤四中高纯氩气的纯度不低于99.999%（体积）。

本发明的稀土Y变质AlSi7Mg合金的方法中的变质剂Y以Al-Y中间合金的形式加入，工艺简单，成分容易控制，而且制备过程不需特殊设备。本发明的方法成型采用金属型，能使合金熔体冷却速率大，能使稀土Y起到更好的变质效果。金属型条件下Y可以显著改变共晶硅的形态，变质后合金铸态性能提高，热处理后提高显著。

稀土元素Y加入铝合金中可以显著改善铝合金的组织，细化晶粒，改善共晶硅的形态，添加Y变质剂后共晶硅形态为纤维状；可以去除铝合金中气体和有害杂质，减少铝合金的裂纹源，减少气孔和氧化夹杂，从而会提高合金的力学性能。稀土Y对铸态下亚共晶铝硅合金的抗拉强度和延伸率在一定浓度范围内随稀土含量增加而同步增长，冷却速度对稀土变质的影响显著，高冷速条件下变质效果良好。Y元素作为一种性质比较活泼重稀土元素，有净化合金熔体、改善组织形态和除气的作用，在铝合金的研究和应用中越来越多受到重视。

本发明的方法在不添加细化剂的情况下，添加稀土元素作为变质剂，得到的稀土Y变质的AlSi7Mg合金中没有气孔缺陷，解决了Sr作为变质剂得到的AlSi7Mg合金中存在气孔缺陷的问题，同时达到了与采用变质剂Sr得到的AlSi7Mg合金相当的综合力学性能。

本发明得到的稀土Y变质的AlSi7Mg合金的抗拉强度达到246MPa，比未进行变质的AlSi7Mg合金的抗拉强度（233MPa）提高了5.6%，与采用Sr作为变质剂得到的AlSi7Mg合金的抗拉强度（252MPa）相当；本发明得到的稀土Y变质的AlSi7Mg合金的延伸率达5.6%，比未进行变质的AlSi7Mg合金的延伸率（4.8%）提高了16.7%，与采用Sr作为变质剂得到的AlSi7Mg合金的延伸率（8.5%）相当。