[发明专利]一种4032合金的变质剂及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，特别是一种4032铝合金的变质剂及其使用方法。

背景技术

铝硅合金具有高强度、高耐磨和低膨胀系数，以及良好的铸造性能，在机械工业、汽车工业、航空与军事工业中有着广阔的应用前景。4032合金主要组成元素为Al、Si、Cu、Mg、Ni，平均含硅量为12.2％，靠近铝硅相图的共晶点，是一种近共晶铝硅合金。4032合金既有铸造铝合金的特性，又有变形铝合金的特点，常用于加工锻件与锻坯，作为耐磨材料供制作活塞及在高温工作的其他零件。未经变质处理的4032合金，初晶硅粗大且呈现不规则的块状，导致延伸率和抗拉强度较低。因此，在生产4032合金时必须进行相应处理，细化硅相和改变其形状。细化硅相的方法很多，工业生产中最稳定和可行的方法是加入变质元素，如稀土、P、Sr、Na等，并配以其他工艺辅助措施，如塑性变形和热处理，而改变初晶硅的形状，使其球化的研究还比较少。目前，工业上一般采用Sr来变质4032合金，因为Sr对共晶硅变质效果较好，且变质有效期长，但是，其变质工艺不易掌握、吸收率低、潜伏期长、铸件容易出现针孔。

共晶型铝硅合金的变质剂主要为Na盐、锶、磷、稀土及其氧化物。Na盐主要由不同配比的NaF、NaCl、KCl、Na₃AlF₆复合而成，锶主要以Al-Sr中间合金的形式加入，而磷也经历了赤磷、Cu-P中间合金、Al-Cu-P中间合金、Al-P中间合金的发展历程。Na盐对坩埚损害较大，且其中的氟离子会污染环境，锶变质吸气严重，稀土变质效果有限且价格昂贵，这几类变质剂因为上述原因而被大部分厂家舍弃，综合考虑只有Al-P绿色环保且有效期长，变质效果较好。但Al-P也只能将初晶硅细化并变得多边形化，球化作用不明显。含钛、硼的中间合金常做为晶粒细化剂，在熔炼最后阶段加入流槽，很少将其作为变质剂配合Al-P中间合金对初晶硅变质，中国专利CN101058855A报道了一种过共晶型铝硅合金纤维组织细化工艺方法，先加入含Ti晶粒细化剂，后加入磷类变质剂(粉末)细化了初晶硅，CN1861820A报道了一种由Cu-P和Al-5Ti-B中间合金制备的薄丝带状变质剂及其应用方法，《特种铸造及有色合金》2006年第26卷5期报道了山东大学刘相法等人用0.8％Al-P和0.1-0.2％Al-5Ti-B在780℃变质ZL109合金，对初晶硅取得了较好的变质效果，而具体工艺未做详细介绍，且在添加Al-5Ti-B时保持780℃不变，并没有因为添加不同变质剂而调整炉体温度，以上报道都细化了初晶硅，但球化效果不明显。目前，对4032合金变质处理研究的较少，未经后续变形和热处理，只在熔炼阶段通过添加含P及其他变质剂就使初晶硅细化至18μm以下并50％以上球化，这样的变质剂及其变质工艺，目前还没有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服4032合金变质技术的缺陷，提出一种4032合金较为理想的变质剂及使用方法，其球化效果明显；在热加工及热处理工序之前就能够较好的改善合金的组织性能，同时为共晶型铝硅合金的变质处理提供新思路。

本发明的主要内容为：在4032合金的基础上，在一定的温度下先加入微量的Al-3.5％P中间合金，变质一段时间后加入微量Al-5Ti-B中间合金，浇注成锭。本发明所提供的变质剂成份(重量百分比，wt％)范围为：0.028-0.056％P，0.01-0.07％Ti，0.002-0.014％B，余量为Al。

上述4032合金的变质剂使用方法是通过如下步骤实现的：

(1)配料：将99.9％的纯铝和其他中间合金切成小块状，清除表面杂质并烘干，按合金化学组成的比例配好原材料备用；

(2)合金熔炼：熔炼温度设定为755-765℃，在电阻炉中熔化纯铝和Al-Si、Al-Cu、Al-Ni中间合金，充分搅拌；

(3)加Mg：待合金全部熔化后在覆盖剂(45％NaCl+30％KCl+25％Na₃AlF₆)保护下用钟罩压入法加入烧损较大的金属Mg，

(4)初精炼：采用C₂Cl₆+Na₂SiF₆除气精炼，除去熔体中的气体及杂质，静置10分钟，扒去表面浮渣；

(5)加磷变质：在750-850℃加入上述合金配料重量的0.6-1.6％Al-3.5％P变质剂，搅拌均匀，保温15-100min；

(6)再精炼：除去熔体中的气体及杂质，静置5分钟，扒去表面浮渣，精炼同时将温度调至750-770℃，为加钛硼变质剂做准备；