[发明专利]一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金变质工艺，具体涉及一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺。

背景技术

亚共晶铝硅合金因其具有较高的比强度、良好的耐磨、抗腐蚀和铸造性能，已被广泛用来制造发动机机体、缸盖、活塞和缸套等零部件。该类合金组织主要由α-Al相和共晶Si相以及其他少量金属间化合物组成，其中Si相形貌和大小对其力学性能影响显著。铸造铝合金中的共晶硅呈粗大针状或板状，显著降低合金的强度和塑性，所以一般都要进行变质处理。变质处理的过程实际上就是共晶硅形貌、尺寸改变的过程，即共晶硅由粗大的针片状变成细小的纤维状或颗粒状。变质后合金的力学性能，尤其是韧性可得到明显改善。迄今为止发现具有变质作用的元素有Na、K、Ca、Sr、Sb和Y等稀土元素。Sc作为合金化元素已被成功地应用于变形铝合金中，成为铝合金中最有效的细化剂之一。

现有用于铸造铝硅合金的变质剂中，有的化学元素成分多，成本高，有的功能单一，不同时具有精炼和变质细化作用；有的容易产生大量废渣，且铸件产品腐蚀性能差；有的处理工艺复杂，操作麻烦，工作效率低。目前常规生产中，亚共晶铝硅合金应用最广泛的钠盐和钾盐变质剂中，Cl、F离子对铁质坩埚有严重的腐蚀作用，降低坩埚的使用寿命；其次，钠、钾沸点低，在高温时容易挥发，变质作用时间短。近年来又出现了不少新的变质方法，如用Sb、Sr、Bi变质等。这些变质方法有很多优点，但也有些缺点。Sb的熔点低，蒸汽压很大，在700℃时已大量挥发；Sb与Al会生成难熔化合物AlSb，沉入坩埚底部，且Sb易与Mg反应生成Mg3Sb2，造成Mg的烧损；Sb与Na反应互相抵消变质作用；Sr的变质有效时间6-7小时，随着变质时间的延长，熔体吸气倾向严重且不能用盐类精炼。

稀土元素具有很多独特的物理和化学性质，添加少量的稀土元素可以极大影响材料的组织和性能。稀土元素在铸造铝硅合金中具有很多积极作用，主要概况为变质作用、细化作用、除氢、精炼、合金化作用。稀土金属作为变质剂具有很好的长效性和重熔稳定性，吸气倾向小，无污染，无腐蚀作用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺，该工艺得到的合金具有良好的组织和力学性能。

具体技术方案为：

一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺，包括以下步骤：

1)按亚共晶铸造铝硅合金成分配料；

2)将步骤1)配好的纯铝、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝钛中间合金等清洗干燥后放入功率为5KW的石墨黏土坩埚电阻炉中，加热完全熔化后，熔体温度控制在700±5℃；

3)采用预热温度为300℃的石墨钟罩将步骤1)称取的纯Mg压入步骤2)得到的熔体中，静置3-5min；

4)对步骤3)得到的熔体升温到740-760℃，加入称取好的AlSc₄中间合金(Sc的加入量占合金总量的0.15-0.2％)，待其熔化完毕后，采用旋转喷吹高纯氩气的方式进行精炼处理15min左右，后静置10-20min后扒渣，加入AlSc4中间合金后除气精炼可使产生强烈搅拌，促其充分反应；

5)将步骤4)得到的熔体降温至680℃-700℃浇入砂型，然后随模冷却到室温，得到含纤维状和短棒状共晶Si的铸态组织；

6)将步骤5)得到的铸件按T6热处理工艺进行热处理，纤维状的共晶Si在固溶处理过程中将发生颈缩、熔断，以致最终球化的过程。因此热处理后便得到球化良好的共晶Si。

进一步优选，步骤4)中所述的AlSc₄中间合金，其中Sc的加入量占合金总量的0.15-0.2wt％。

本发明的有益效果：请结合本发明的技术方案描述。

本发明的技术方案中，稀土Sc能使粗大的片状、多角状共晶Si明显地发生细化、纤维化，随着Sc含量的增加，共晶Si逐渐成为短棒状、颗粒状。但由于Sc的成本高，不宜过多的添加，因此本发明采用占合金总量的0.15-0.2wt％的Sc，形成含纤维状共晶Si的铸态组织(见图1)，在随后的热处理过程中，纤维状的共晶Si在高温固溶处理过程中更容易颈缩、熔断，以致最终球化。

附图说明

图1是不同Sc含量的变质剂对亚共晶铸造铝硅合金组织影响效果图；

图2是亚共晶铝硅合金中共晶Si相尺寸与Sc含量之间的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的方法作进一步详细地说明。

实施例1：本实施方式稀土Sc变质Zl114合金的方法通过以下步骤实现：