本發(fā)明涉及一種適用于鋁硅鑄造合金用的變質(zhì)劑。
背景技術(shù)：
：Al－Si合金熔煉時的變質(zhì)處理是生產(chǎn)中改善Al－Si合金組織、性能的關(guān)鍵技術(shù)，近共晶Al－Si合金目前在工業(yè)生產(chǎn)中主要采用鈉、鈉鹽和鍶進行變質(zhì)處理。鑄造Al－Si合金中組大晶粒，共晶硅都限制了合金的應(yīng)用。通常需要對其進行細化與變質(zhì)。目前被廣泛使用的晶粒細化劑有Al－Ti－B、Al－Ti－C或Al－B等。常用的變質(zhì)劑有Na、Sr等。然而，Al－Ti－B、Al－Ti－C中的Ti會與Al－Si合金中的Si反應(yīng)，降低晶粒細化效果。而Al－B中的B會與Sr變質(zhì)劑發(fā)生毒化。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了使Al－Si鑄造合金的晶粒達到細化、同時共晶硅達到變質(zhì)，本發(fā)明設(shè)計了一種鋁硅鑄造合金用稀土－鋯復(fù)合的細化變質(zhì)劑。在本發(fā)明的變質(zhì)劑中Zr對Al－Si鑄造合金具有很好的晶粒細化效果，卻無變質(zhì)效果。稀土元素Gd對Al－Si鑄造合金有較弱的晶粒細化效果和共晶硅變質(zhì)效果。當Zr與Gd復(fù)合添加時，不但獲得了很好的晶粒細化效果，而且同時獲得了很好的遠好于兩種元素單獨添加的共晶硅變質(zhì)效果。由于組織的改善，合金的力學(xué)性能也有有所提高。在本發(fā)明中，用于對鋁硅鑄造合金進行細化變質(zhì)的元素是Gd與Zr的復(fù)合變質(zhì)劑。本發(fā)明的一種鋁硅鑄造合金用稀土－鋯復(fù)合的細化變質(zhì)劑，其變質(zhì)劑由Al－5wt％Gd中間合金和Al－5wt％Zr中間合金組成。經(jīng)所述變質(zhì)劑處理后制得的鋁硅鑄造合金中Gd的含量為0.1～0.8wt％，Zr的含量為0.1～0.8wt％。本發(fā)明Gd與Zr的復(fù)合變質(zhì)劑對鋁硅鑄造合金的細化與變質(zhì)的優(yōu)點：①本發(fā)明Gd與Zr的復(fù)合變質(zhì)劑具有長效性和重熔穩(wěn)定性。②使得鋁硅鑄造合金得到較好的晶粒細化效果，平均晶粒尺寸細化到小于80微米。③使得鋁硅鑄造合金得到較好的共晶硅變質(zhì)效果，共晶硅形貌變?yōu)槔w維狀，共晶硅尺寸下降到小于2微米。④在對鋁硅鑄造合金變質(zhì)過程中不產(chǎn)生有害氣體，不腐蝕設(shè)備。附圖說明圖1A是未細化變質(zhì)前的實施例1成分的合金的宏觀晶粒照片。圖1B是經(jīng)本發(fā)明Gd與Zr的復(fù)合變質(zhì)劑細化變質(zhì)后的實施例1成分的合金的宏觀晶粒照片。圖2A是未細化變質(zhì)前的實施例1成分的合金的共晶硅形貌掃描電鏡圖。圖2B是經(jīng)本發(fā)明Gd與Zr的復(fù)合變質(zhì)劑細化變質(zhì)后的實施例1成分的合金的共晶硅形貌掃描電鏡圖。圖3是細化變質(zhì)前后實施例1成分的合金的力學(xué)性能圖。圖4A是未細化變質(zhì)前的實施例2成分的合金的宏觀晶粒照片。圖4B是經(jīng)本發(fā)明Gd與Zr的復(fù)合變質(zhì)劑細化變質(zhì)后的實施例2成分的合金的宏觀晶粒照片。具體實施方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。本發(fā)明設(shè)計了一種鋁硅鑄造合金用稀土－鋯復(fù)合的細化變質(zhì)劑，該變質(zhì)劑由Al－5wt％Gd中間合金和Al－5wt％Zr中間合金組成。所述變質(zhì)劑的用量是以制得鋁硅鑄造合金來限定的，即經(jīng)所述變質(zhì)劑處理后制得的鋁硅鑄造合金中Gd的含量為0.1～0.8wt％，Zr的含量為0.1～0.8wt％。制備本發(fā)明鋁硅鑄造合金用稀土－鋯復(fù)合的細化變質(zhì)劑的方法：步驟A，將純鋁(Al)和純釓(Gd)放入高頻感應(yīng)爐內(nèi)，在熔煉溫度為800℃～900℃，熔煉時間30min～50min后；在鑄錠溫度不低于750℃時澆鑄到金屬模具中，經(jīng)冷卻、脫模，制得Al－5％wtGd中間合金；步驟B，將純鋁(Al)和純鋯(Zr)放入高頻感應(yīng)爐內(nèi)，在熔煉溫度為1000℃～1200℃，熔煉時間30min～50min后；在鑄錠溫度不低于850℃時澆鑄到金屬模具中，經(jīng)冷卻、脫模，制得Al－5wt％Zr中間合金。實施例1細化變質(zhì)處理后的Al－Si鑄造合金的成分記為最終產(chǎn)物A：Al－Si鑄造合金原材料(質(zhì)量百分數(shù))：Al－9％Si－0.6％Mg中間合金和鋁錠(鋁錠的質(zhì)量百分比純度為99.7％)。變質(zhì)劑(質(zhì)量百分數(shù))：Al－5wt％Gd中間合金和Al－5wt％Zr中間合金。用量：制500g的最終產(chǎn)物A需要389g的Al－9％Si－0.6％Mg中間合金、40g的Al－5wt％Gd中間合金、25g的Al－5wt％Zr中間合金和余量的鋁錠。將Al－9％Si－0.9％Mg中間合金和鋁錠放入高頻感應(yīng)加熱爐內(nèi)，調(diào)節(jié)熔煉溫度800℃、熔煉時間20min；待完全熔化后，在溫度800℃先加入Al－5wt％Gd中間合金，攪拌均勻后保溫5min；再加入Al－5wt％Zr中間合金，攪拌均勻后保溫5min；待熔體降溫至750℃，澆鑄到金屬模具中，冷卻，取出鑄錠，進行組織性能分析。高頻感應(yīng)加熱爐選用深圳市東達實業(yè)有限公司生產(chǎn)的DD－25I型號。對實施例1制得的最終產(chǎn)物A采用OlympusBX51M型金相顯微鏡進行晶粒放大觀察，如圖1A和圖1B所示，圖中晶粒被顯著細化。平均晶粒尺寸由3012微米減小到80微米，使得最終產(chǎn)物A的合金組織改善。對實施例1制得的最終產(chǎn)物A用JEOLJSM－6010LA型掃描電鏡進行共晶硅形貌觀察。共晶硅由粗大片狀轉(zhuǎn)為纖維狀，共晶硅尺寸明顯減小。如圖2A和圖2B所示，共晶硅平均尺寸由17.6微米下降到1.8微米。對實施例1制得的最終產(chǎn)物A進行熱處理，從而獲得力學(xué)性能的測試。采用T6熱處理工藝，即在535℃保溫10h進行固溶處理后，水中淬火，在175℃保溫8小時進行時效處理，空氣中冷卻。對熱處理后的產(chǎn)物采用50KNInstron液壓伺服疲勞試驗機(Instron8801)對T6熱處理態(tài)合金進行力學(xué)性能測試，拉伸速率為0.2mm/min。如圖3所示經(jīng)本發(fā)明的細化變質(zhì)處理后，合金的抗拉強度、屈服強度、延伸率分別為325.5MPa、282.7MPa、3.7％，對比處理前的為255.5MPa、224.7MPa、2.8％。在實施例1中使用本發(fā)明Zr與Gd的復(fù)合變質(zhì)劑進行細化變質(zhì)處理，同時達到了較好的晶粒細化與共晶硅變質(zhì)效果。平均晶粒尺寸80微米以下和平均共晶硅尺寸2微米以下同時獲得，并且共晶硅形貌變?yōu)槔w維狀。而傳統(tǒng)Gd單獨變質(zhì)對晶粒細化和共晶硅變質(zhì)效果并不佳，Zr單獨變質(zhì)僅能使平均晶粒尺寸降低到100微米以下，無法獲得好的共晶硅變質(zhì)效果。Zr與Gd的復(fù)合變質(zhì)處理，顯著的改善了最終產(chǎn)物A的組織，提高了性能。實施例2對A356型號的Al－Si鑄造合金的細化變質(zhì)處理，得到的成分記為最終產(chǎn)物B：A356型號的Al－Si鑄造合金的成分請參考《有色金屬》第60卷第4期，2008年11月，“A356鋁合金力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)”，范宋杰等。變質(zhì)劑(質(zhì)量百分數(shù))：Al－5％Gd中間合金和Al－5％Zr中間合金。用量：制500g的最終產(chǎn)物B需要450g的A356型號的Al－Si鑄造合金、25g的Al－5wt％Gd中間合金和25g的Al－5wt％Zr中間合金。將外購的A356型號Al－Si鑄造合金放入高頻感應(yīng)爐內(nèi)，調(diào)節(jié)熔煉溫度750℃、熔煉時間30min；待完全熔化后，在溫度750℃先加入Al－5％Gd中間合金，攪拌均勻后保溫12min；再加入Al－5％Zr中間合金，攪拌均勻后保溫5min；待熔體降溫至720℃，澆鑄到金屬模具中，冷卻，取出鑄錠，進行組織性能分析。高頻感應(yīng)加熱爐選用深圳市東達實業(yè)有限公司生產(chǎn)的DD－25I型號。采用與實施例1相同的方法進行性能測試：對A356型號的Al－Si鑄造合金進行本發(fā)明的細化變質(zhì)處理，其金相顯微鏡下觀察，晶粒被顯著細化。如圖4A、圖4B所示平均晶粒尺寸由2770微米減小到65微米。對實施例2制得的最終產(chǎn)物A的掃描電鏡進行共晶硅形貌觀察，共晶硅由粗大片狀轉(zhuǎn)為纖維狀，共晶硅尺寸明顯減小。共晶硅平均尺寸由14.6微米下降到1.2微米。對實施例2制得的最終產(chǎn)物A進行熱處理，從而獲得力學(xué)性能的測試。經(jīng)本發(fā)明的細化變質(zhì)處理后，合金的抗拉強度，延伸率分別為335Mpa，4.2％，對比處理前的298Mpa，3.8％。在實施例2中使用本發(fā)明Zr與Gd的復(fù)合變質(zhì)劑對A356合金進行細化變質(zhì)處理，使A356合金同時達到了較好的晶粒細化與共晶硅變質(zhì)效果。平均晶粒尺寸80微米以下和平均共晶硅尺寸2微米以下同時獲得，并且共晶硅形貌變?yōu)槔w維狀。Zr與Gd的復(fù)合變質(zhì)處理，顯著的改善了A356鋁硅合金的組織，提高了性能。實施例3對A319型號的Al－Si鑄造合金的細化變質(zhì)處理，得到的成分記為最終產(chǎn)物C：元素SiCuFeZnGdZrMgTiAl含量/wt％5.32.70.680.270.250.5<0.1<0.1余量A319型號的Al－Si鑄造合金的成分請參考《中國有色金屬學(xué)報》第11卷第5期，2001年10月，“熔體溫度處理工藝對A319合金組織和性能的影響”，何樹先等。元素SiCuFeZnMgTiAl含量/wt％6.163.20.750.3<0.1<0.1余量變質(zhì)劑(質(zhì)量百分數(shù))：Al－5wt％Gd中間合金和Al－5wt％Zr中間合金。用量：制500g的最終產(chǎn)物C需要425g的A319型號的Al－Si鑄造合金、25g的Al－5wt％Gd中間合金和50g的Al－5wt％Zr中間合金。將外購的A319型號Al－Si鑄造合金放入高頻感應(yīng)爐內(nèi)，調(diào)節(jié)熔煉溫度830℃、熔煉時間20min；待完全熔化后，在溫度800℃先加入Al－5wt％Gd中間合金，攪拌均勻后保溫10min；再加入Al－5wt％Zr中間合金，攪拌均勻后保溫10min；待熔體降溫至750℃，澆鑄到金屬模具中，冷卻，取出鑄錠，進行組織性能分析。采用與實施例1相同的方法進行性能測試：對A319型號的Al－Si鑄造合金進行本發(fā)明的細化變質(zhì)處理，其金相顯微鏡下觀察，晶粒被顯著細化。平均晶粒尺寸由2800微米減小到76微米。對實施例3制得的最終產(chǎn)物C的掃描電鏡進行共晶硅形貌觀察，共晶硅由粗大片狀轉(zhuǎn)為纖維狀，共晶硅尺寸明顯減小。共晶硅平均尺寸由15.4微米下降到1.5微米。對實施例3制得的最終產(chǎn)物C進行熱處理，從而獲得力學(xué)性能的測試。經(jīng)本發(fā)明的細化變質(zhì)處理后，合金的抗拉強度、屈服強度、延伸率分別為305Mpa、145MPa、5.2％，對比處理前的270Mpa、112MPa、3.3％。在實施例3中使用本發(fā)明Zr與Gd的復(fù)合變質(zhì)劑對A319合金進行細化變質(zhì)處理，使A319合金同時達到了較好的晶粒細化與共晶硅變質(zhì)效果。平均晶粒尺寸80微米以下和平均共晶硅尺寸2微米以下同時獲得，并且共晶硅形貌變?yōu)槔w維狀。Zr與Gd的復(fù)合變質(zhì)處理，顯著的改善了A319鋁硅合金的組織，提高了性能。當前第1頁1 2 3