[发明专利]控制铸铝发动机缸体中的宏观缩孔和气泡的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用以确保高品质铝铸件的方法，特别涉及通过控制液态金属中的微量元素含量来减少和消除宏观缩孔和气泡的操作方法。

背景技术

孔隙一直被认为是影响铸造部件的机械特性和性能的重要有害因素。收缩和气体析出是在铝铸件中形成孔隙的两个主要来源。对于铸造几何结构和浇口/冒口系统的给定铸造工艺和设计而言，合金成分，特别是诸如锶(Sr)、磷(P)、铋(Bi)、钙(Ca)等微量元素，可在凝固特性从而在孔隙形成方面发挥重要作用。

众所周知的是，存在于铸造Al-Si合金中的针状硅向细微纤维形状的变质(modification)导致这些合金的强度和延展性得到改善。变质技术自从Pasz在1920年首先引入钠(Na)来使共晶硅变质之后已日趋成熟。用于使硅结构变质和细化的添加剂现在包括锶(Sr)和锑(Sb)。在文献中出现了关于锑与锶或钠之间的负面相互作用的一些报告。据报道低至100ppm的Sb浓度可显著地影响由Sr变质的A356合金的拉伸延伸率。机械性能的该劣化由于磷(P)的存在而被加剧。P.V. Bonsignore，E. J. Daniels和C.T. Wu著，Calcium Metal as a Scavenger for Antimony from Aluminum Alloys，Argonne National Laboratory(阿贡国家实验室)，Technical Report(技术报告)，1994年10月4日。为了在存在不同P含量时实现相似的共晶硅形态，有必要添加足够的Sr。图1定量地示出了在考虑Sr效果的P中和作用时需要较高的Sr浓度来保持良好的变质。M. Garat和R. Scalliet著，A review of recent French casting alloy development，AFS Transactions，vol. 86 (1978)，pp549-562。

磷是与合金中使用的硅相关联的杂质。P在处于或超过数ppm浓度时的效果不仅在共晶或过共晶中执行成核初晶Si的功能，而且还在Al-Si亚共晶合金中生成明显的针状共晶硅结构。还发现的是，通过添加0.005%(50ppm)的磷，在高纯度Al-10%Si合金中，初晶α枝晶的数量和枝晶臂间距(DAS)都增加。C.R. Loper和J.-I. Cho著，Influence of trace amounts of phosphorus in Al casting alloys - A review of the literature，vol.108 (2000)，pp. 667-672。

镁也趋于粗化共晶硅结构，从而增强P的效果。例如，含2ppm磷的合金Al-7%Si含合金仍然呈现出片状硅结构，而同样含2ppm磷的Al-7%Si-0.3%Mg合金为针状。M. Garat和R. Scalliet著，A review of recent French casting alloy development，AFS Transactions，vol. 86 (1978), pp549-562。