[发明专利]一种亚共晶Al-Mg2Si合金的变质及细化方法

说明书

一种亚共晶Al‑Mg₂Si合金的变质及细化方法，以Bi和Zr对Mg₂Si含量为4~12.5wt.%的亚共晶Al‑Mg2Si合金进行变质及细化处理，处理后，使熔体中的Bi含量为0.1~0.6%，Zr含量为0.05~0.2%。经Bi变质处理后合金中的共晶Mg2Si由粗大的汉字状转变为细小的纤维状，Zr细化处理后合金中的初生α‑Al由柱状晶转变为等轴晶，力学性能得到大幅提高，细化、变质后合金的抗拉强度及伸长率分别提高34%和239%。对不同含量Mg2Si的亚共晶Al‑Mg2Si合金进行变质、细化处理后组织均得到显著细化。同时，Bi的变质和Zr的细化效果不受冷却速度的影响，既适用于金属型，也适用于砂型。并且Bi变质剂和Zr细化剂还具有优良的长效性、处理工艺简单及无污染等优点。

技术领域

本发明属于铝合金铸造与熔炼技术领域，特别涉及一种亚共晶Al-Mg₂Si合金的变质及细化方法。

背景技术

在传统的Al-Si-Mg合金中，Mg₂Si作为第二相是通过固溶-时效热处理弥散析出而强化Al基体的。近年来，从铝液中直接析出Mg₂Si相而形成的Al-Mg₂Si合金，这在过共晶成分也被称为原位自生Mg₂Si/Al的复合材料，受到国内外学者的广泛关注。这种材料与传统的Al-Si-Mg合金相比，含Mg量及Mg₂Si相体积分数更高，具有更高的比刚度、比强度及耐磨性等优良性能，作为航天航空及汽车等领域的新型轻量化材料具有更广泛的应用前景。然而，铸态下析出的Mg₂Si相较粗大，初生Mg₂Si呈粗大的、带孔的枝晶状，而共晶Mg₂Si则呈粗大的汉字状、网状、棒状及片状，严重地割裂Al基体，导致应力集中，形成裂纹源，恶化合金的力学性能。另外，对于亚共晶成分的Al-Mg₂Si合金，其组织由初生α-Al和Mg₂Si+α-Al共晶相组成，其中初生α-Al在铸态下的形貌为粗大的树枝晶状，宏观上为柱状晶，导致合金力学性能和补缩性、抗裂性等铸造性能的下降。

近年来，人们采用各种工艺方法如机械合金化、热挤压、轧制、热处理、快速凝固及变质处理等控制Mg₂Si相的尺寸与形貌。在这些方法中，变质处理具有操作简单、成本低、变质效果显著等优点，通过向合金熔体中加入P、La、Nd、Y、Sr、Na、Ni、Zr及B等变质剂元素，增加Mg₂Si相的形核率或改变晶体的生长方式，进而能够有效地细化Mg₂Si相，提高合金的力学性能。

至今为止，人们对过共晶Al-Mg₂Si合金即原位自生Mg₂Si/Al复合材料的变质处理等工艺方法进行了大量研究，而对亚共晶Al-Mg₂Si合金的研究鲜有报道。与过共晶Al-Mg₂Si合金相比，亚共晶Al-Mg₂Si合金的塑性和韧性更好，具有更优良的综合力学性能，预计会有更广泛的应用场合。前提是粗大的汉字状、网状及片状的共晶Mg₂Si相得到有效的细化。同时细化初生α-Al枝晶，使合金力学性能及铸造性能得到进一步改善。