[发明专利]一种高硅铝合金用变质剂及其使用方法

说明书

本发明公开了一种高硅铝合金用变质剂及其使用方法。所述变质剂由按高硅铝合金总重量百分比含量计的如下元素组成：磷：0.01～2wt.％，镧：0.01～1wt.％，铈：0.01～1wt.％，锂：0.01～0.2wt.％；其适用于含硅18～25wt.％的高硅铝合金的变质；所述变质剂使用方法包括如下步骤：S1烘料：变质剂预热；S2熔炼：待变质高硅铝合金熔体制备；S3变质处理：向S2熔体中分别依次加入AlP中间合金、AlLa、AlCe中间合金和AlLi中间合金，并分别搅拌、保温和静置；S4浇注：将S3获得的熔体浇注于模具中，得高硅铝合金铸件。本发明改善了铸件组织中硅相形貌，改善了高硅铝合金的力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种高硅铝合金用变质剂及其使用方法。

背景技术

高硅铝合金具有流动性好，无热裂倾向，线收缩小的特点，同时具有较高的比强度和较好的铸造性能，广泛的应用于航空、航天、汽车建筑等领域。随着合金中硅含量的上升，合金的耐磨性和铸造性能也会进一步提升。但未经变质处理的铸态高硅铝合金中，初生硅和共晶硅相以粗大的块状及片针状分布在铝基体中，在受力过程中非常容易在这些部位引起应力集中，导致合金的强度、塑性显著降低，影响材料的加工性能，且随着硅含量的增加，这些问题尤为明显。

目前，在高硅铝合金的工业生产中，控制和改善合金组织形貌的方法主要包括快速凝固法，变质处理法和半固态成形法等。其中变质剂处理是工业中较为主流的硅相形貌控制方法，现阶段常用的铝硅合金变质剂一般包含P、Ti、Sr和RE等成分。P一般作为初生硅细化剂，熔体中Al与P反应生成AlP化合物，弥散分布在熔体中成为初生硅异质形核核心，从而细化了初晶硅的尺寸，但其对共晶硅的形貌影响不大；Ti通常以铝钛硼中间合金的形式加入熔体，在熔体中出现Al₃Ti及TiB₂对Si相起到细化作用，但其细化效果弱于P变质；Sr对铝硅合金具有较好的变质作用，而且具有长效性，但P和Sr会在熔体中相互作用，从而削弱P和Sr本身的细化效果；稀土加入减弱了Si-Si、Si-Al原子团之间的结合而加强了Al-Al原子团的结合，导致α-Al首先成核而硅相过冷，共晶结晶时，α-Al作为领先相首先析出并长大，从而限制了共晶硅的生长，对初生硅的影响很小。不同的变质成分对铝硅合金的作用不同，而且不同的添加量以及多种变质成分的复合也会对铝硅合金产生新的变质效果。李庆林等人公开了《一种复合变质过共晶铝硅合金及其制备方法》(公开号：107326228A)，该方法采用稀土和铝钛硼中间合金对过共晶铝硅合金进行复合变质，为了达到相应的变质效果，该方法在添加复合变质剂过程中对熔体进行反复加热。经该方法变质后组织中初生硅尺寸达42μm，对初生硅细化效果有限，且该方法对熔体进行反复加热，对热量消耗有一定的浪费。王建华等人公开了《一种共晶铝硅合金的磷钛双重变质方法》(公开号：107236875A)采用铝钛和铝磷中间合金对共晶铝硅合金进行双重变质，但该方法对合金组织中共晶硅相形态改善效果不明显，经变质后共晶硅仍呈弥散的网状分布。程勇等人公开《一种高硅铝合金变质方法》(公开号：107460352A)，该方法利用铝锶合金、铝磷合金和铝稀土合金对高硅铝合金进行复合变质，且对初生硅、共晶硅均实现了有效的细化，但该方法针对含硅10.5～11.5wt.％的AHS高硅铝合金，对含硅量更高的高硅铝合金效果不明显。

综上所述，现阶段针对含硅18～25wt.％的高硅铝合金变质的研究仍不完善，对初生硅和共晶硅的综合细化效果还不能满足目前的工业生产需求。因此，需要开发一种针对高硅铝合金高效的变质方法，以综合细化高硅铝合金中初生硅与共晶硅相，提升材料性能，推动高硅铝合金的工业应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有高硅铝合金变质方法中存在的不足，提供一种高硅铝合金用变质剂及其使用方法。现有的变质方法对组织中初生硅和共晶硅的综合细化还不够理想，对材料性能提升不够显著。为了解决这一问题，本发明通过P-La-Ce-Li复合变质实现了对高硅铝合金显著的变质效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：