[发明专利]一种提高A357合金力学性能的方法

说明书

本发明一种提高A357合金力学性能的方法，属于铝合金技术领域；使用一种钪(Sc)元素，通过熔炼添加到铝硅合金中，可以同时对铝合金起到晶粒细化作用和共晶Si的变质作用，对合金性能起到提升作用，即用一种元素同时充当了晶粒细化剂和变质剂，简化了生产工艺；并通过调整Sc元素的添加量，使得A357合金的抗拉强度和延伸率都得到提升，对常温下的力学性能有很大改善。

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种提高A357合金力学性能的方法。

背景技术

铝硅镁系铸造合金，具有良好的铸造工艺性能和气密性，同时具有密度小、比强度高、收缩率小和热裂倾向小等优点，广泛应用于航空航天及汽车工业。随科学技术的迅猛发展，对铸造铝合金的力学性能也有了更高的需求，所以研究者试图通过不同的处理方法对合金的微观组织和力学性能做出改善。

铝硅系合金中的微观组织为α-Al初生相和Al-Si共晶组织。通常，提高铸造铝合金力学性能的方式是在合金中添加晶粒细化剂。添加适量晶粒细化剂可以获得细小的等轴晶粒，微合金化是提高铝合金综合力学性能最有效的方法，可以显著提高铝合金的力学性能。另外对铝硅合金进行变质处理也可以提升合金的性能。未进行变质处理的铝硅合金中，共晶硅呈现粗大的板条状或针状，对基体造成割裂，使其力学性能降低。而细小球状、均匀分布的硅颗粒可以提高合金的综合力学性能。所以寻求高效的变质剂对合金力学性能的提高具有重要作用。

在工业生产中需要同时确定晶粒细化剂和变质剂的用量来提升合金性能，步骤繁琐且探究两者最优含量的搭配存在较大难度。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种提高A357合金力学性能的方法，使用一种钪(Sc)元素，通过熔炼添加到铝硅合金中，可以同时对铝合金起到晶粒细化作用和共晶Si的变质作用，对合金性能起到提升作用，即用一种元素同时充当了晶粒细化剂和变质剂，简化了生产工艺。

本发明的技术方案是：一种A357合金，其特征在于：所述A357合金成分的质量比为：Si为6.5-7.5wt.％，Mg为0.45-0.7wt.％，Sc为0-1.0wt.％，余量为Al。

本发明的进一步技术方案是：所述A357合金成分的质量比分别是Si为7％，Mg为0.6％，Sc为0.4-0.6％，余量为Al。

一种提高A357合金力学性能的方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：以纯度为99.9％的铝和Al-2％Sc、Al-20％Si、Al-10％Mg三种成分的中间合金为原料，进行配料；通过所制备铝合金各成分质量比：Si为7％，Mg为0.6％，Sc为0-1.0％，余量为Al进行换算，得到Al-20％Si、Al-10％Mg、Al-2％Sc三种合金的质量比；

步骤二：在电阻炉中进行合金熔炼：将实验原料按照熔点由低到高的顺序，依次添加到石墨坩埚中，顺序为铝、Al-20％Si、Al-10％Mg和Al-2％Sc，熔化后再加热到710℃，保证所有原料充分熔化；

步骤三：用搅拌工具搅拌步骤二得到的熔体，使其成分混合均匀，随后加入除气剂和除渣剂，进行除气捞渣处理，以减少合金中缺陷的产生；

步骤四：保温30min后进行合金浇铸；选用不锈钢铸型，铸造直径为60mm的圆柱锭，浇铸的六组铝合金铸锭中Sc元素含量均不相同，Sc元素的取值范围在0-1.0％之间；

步骤五：对合金铸锭切割出的样品在扫描电镜SEM下进行观察，然后采用电子背散射衍射技术EBSD进行分析，统计合金晶粒的细化效果和共晶Si的变质效果；

步骤六：按国家标准将铝合金铸锭加工成板状试样，在电子万能材料试验机上进行室温拉伸实验，检测合金的力学性能。