[发明专利]一种铝-硅-镨铸造铝合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铸造铝合金及制备领域。

背景技术

Al-Si合金是铝基合金中最重要的一个系类，具有简单的共晶型相图，其共晶温度为577℃，共晶成分为12.6 wt.% Si。Al-Si二元合金铸造性能优良,无热裂及疏松倾向，气密性较高。其密度小，耐蚀性好，可在受大气海水腐蚀的环境中使用，可承受工业气氛的环境中浓硝酸.过氧化氢等的腐蚀作用。

铸态条件下，未经变质细化处理的Al-Si合金中，共晶硅呈粗大针片状，初晶硅呈粗大的多角形块和板状。这些粗大脆性Si相严重割裂了基体，在Si相的尖端及棱角处引起应力集中，在外力作用下，合金易沿着晶粒的边界或者板状Si相本身开裂而形成裂纹，使合金变脆，力学性能低，切削加工性差。因此未经变质处理的铝硅合金在工业上未得到实际应用。

稀土元素具有独特的电子层结构及物理化学性质，有独特的4f电子结构、大的原子磁矩、很强的自旋偶合特性，对铝合金的影响也相当独特。稀土元素作为Al-Si合金变质剂，变质作用具有长效性及重熔稳定性特点，比其他变质剂要好，且具有较好的脱氧和脱硫能力。其中稀土元素Pr对Al-Si合金具有显著的变质能力，华东交通大张坚等研究了普通铸造条件下稀土Pr对高耐磨过共晶Al-16%Si 组织的影响，发现稀土Pr 通过吸附在硅相结晶前沿，抑制了较大过冷度的产生，对初晶硅和共晶硅具有明显的变质效果。上海交通大学刘萍从稀土Pr对Al-18%Si-Mg合金中Mg₂Si相结晶行为的影响这个角度，研究了稀土Pr对过共晶Al-18%Si-Mg合金组织与性能影响。

电磁搅拌在Al-Si合金凝固过程中会产生多种物理效应，影响晶体的形核与长大，调节结晶过程，控制凝固组织。同常规铸造相比，电磁铸造铸件的表面光滑，没有铸模生产的固有缺陷，不需要进行去皮加工；铸件内部组织均匀，晶粒细小。国内外对电磁搅拌辅助变质铝合金的研究较少，李高宏等研究了复合变质和电磁搅拌对过共晶铝合金Al-13Si的影响，所述Al-13Si并不是Al-Si二元合金，而是一种多元合金，合金中Si占质量分数的12.5～13.5%，Cu占质量分数的2.5～4.0%，Ni占质量分数的1.5～2.5%，Mg占质量分数的0.5～1.0%，Mn占质量分数的0.2～0.5%，Zn占质量分数小于 0.3%，Ti 占质量分数小于0.3%，余量为Al。将Al-13Si合金熔化后进行变质，变质剂为Cu-10P、Al-10Sr、混合稀土RE。变质后，浇入带电磁搅拌装置的保温坩埚中，边搅拌边凝固，待合金完全凝固后取样。在三元复合变质基础上合金的组织得到的改善，虽然施加旋转磁场可以进一步增强变质效果并可有效细化α-Al 枝晶尺寸，但文中并未给出具体的旋转磁场的工艺，其实施效果不具有可重复性。赵明欣等研究了电磁铸造法对混合稀土变质变形铝合金4045微观组织的影响，其中电磁铸造法是借助于电磁力克服金属液的静压实现无接触铸造的方法，电磁铸造成败的关键，是使金属液柱稳定并使其高度保持一定。为达此目的，合理选择工艺参数是十分重要的。其最重要的参数有：电流频率，电流强度，铸造速度(拉坯速度)，喷水冷却强度。电磁铸造成败的另一个关键，是浇注速度和铸造速度(拉坯速度)相协调，使金属液柱高度保持不变。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种铝-硅-镨（Al-Si-xPr）铸造铝合金及制备方法，镨（Pr）以合适的量加入到铝-硅（Al-Si）合金中，能有效改善初晶硅和共晶硅的形态及分布，并且细化α相组织，以提高合金的力学性能。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所所述的铝-硅-镨铸造铝合金的各组分的重量百分比为：9.0～11.8%硅（Si）、0.1～0.2%镨（Pr），余量为Al。

本发明所述的铝-硅-镨铸造铝合金的制备方法：将石墨坩埚中铝-硅（Al-Si）合金在电磁搅拌炉中加热至熔化，在810~840℃加入稀土元素镨（Pr）后保温5~8分钟；然后电磁搅拌10~15分钟，电磁搅拌频率为22~28HZ，电流强度为20~40A；最后将所得均匀熔体经除气、精炼、扒渣后，浇铸取样，浇铸温度为720～740℃。

本发明的技术效果是：在Al-Si铝合金中加入稀土Pr不会提高生产成本，并且稀土Pr的加入能明显改善合金中硅相的形态并能细化α相组织，使得块状初生硅消失，并且共晶硅由粗大针状变为点状或短杆状。本发明工艺简单、安全可靠、操作方便，且无三废污染。

附图说明

图1为本发明实施例4条件下含稀土Pr的Al-Si合金铸态显微组织。