[发明专利]一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂以及变质处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于铝硅铸造合金用的变质剂。

背景技术

Al－Si合金熔炼时的变质处理是生产中改善Al－Si合金组织、性能的关键技术，近共晶Al－Si合金目前在工业生产中主要采用钠、钠盐和锶进行变质处理。

铸造Al－Si合金中组大晶粒，共晶硅都限制了合金的应用。通常需要对其进行细化与变质。目前被广泛使用的晶粒细化剂有Al－Ti－B、Al－Ti－C或Al－B等。常用的变质剂有Na、Sr等。然而，Al－Ti－B、Al－Ti－C中的Ti会与Al－Si合金中的Si反应，降低晶粒细化效果。而Al－B中的B会与Sr变质剂发生毒化。

发明内容

为了使Al－Si铸造合金的晶粒达到细化、同时共晶硅达到变质，本发明设计了一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂。在本发明的变质剂中Zr对Al－Si铸造合金具有很好的晶粒细化效果，却无变质效果。稀土元素Gd对Al－Si铸造合金有较弱的晶粒细化效果和共晶硅变质效果。当Zr与Gd复合添加时，不但获得了很好的晶粒细化效果，而且同时获得了很好的远好于两种元素单独添加的共晶硅变质效果。由于组织的改善，合金的力学性能也有有所提高。

在本发明中，用于对铝硅铸造合金进行细化变质的元素是Gd与Zr的复合变质剂。

本发明的一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂，其变质剂由Al－5wt％Gd中间合金和Al－5wt％Zr中间合金组成。经所述变质剂处理后制得的铝硅铸造合金中Gd的含量为0.1～0.8wt％，Zr的含量为0.1～0.8wt％。

本发明Gd与Zr的复合变质剂对铝硅铸造合金的细化与变质的优点：

①本发明Gd与Zr的复合变质剂具有长效性和重熔稳定性。

②使得铝硅铸造合金得到较好的晶粒细化效果，平均晶粒尺寸细化到小于80微米。

③使得铝硅铸造合金得到较好的共晶硅变质效果，共晶硅形貌变为纤维状，共晶硅尺寸下降到小于2微米。

④在对铝硅铸造合金变质过程中不产生有害气体，不腐蚀设备。

附图说明

图1A是未细化变质前的实施例1成分的合金的宏观晶粒照片。

图1B是经本发明Gd与Zr的复合变质剂细化变质后的实施例1成分的合金的宏观晶粒照片。

图2A是未细化变质前的实施例1成分的合金的共晶硅形貌扫描电镜图。

图2B是经本发明Gd与Zr的复合变质剂细化变质后的实施例1成分的合金的共晶硅形貌扫描电镜图。

图3是细化变质前后实施例1成分的合金的力学性能图。

图4A是未细化变质前的实施例2成分的合金的宏观晶粒照片。

图4B是经本发明Gd与Zr的复合变质剂细化变质后的实施例2成分的合金的宏观晶粒照片。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明设计了一种铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂，该变质剂由Al－5wt％Gd中间合金和Al－5wt％Zr中间合金组成。所述变质剂的用量是以制得铝硅铸造合金来限定的，即经所述变质剂处理后制得的铝硅铸造合金中Gd的含量为0.1～0.8wt％，Zr的含量为0.1～0.8wt％。

制备本发明铝硅铸造合金用稀土－锆复合的细化变质剂的方法：

步骤A，将纯铝(Al)和纯钆(Gd)放入高频感应炉内，在熔炼温度为800℃～900℃，熔炼时间30min～50min后；在铸锭温度不低于750℃时浇铸到金属模具中，经冷却、脱模，制得Al－5％wtGd中间合金；

步骤B，将纯铝(Al)和纯锆(Zr)放入高频感应炉内，在熔炼温度为1000℃～1200℃，熔炼时间30min～50min后；在铸锭温度不低于850℃时浇铸到金属模具中，经冷却、脱模，制得Al－5wt％Zr中间合金。

实施例1

细化变质处理后的Al－Si铸造合金的成分记为最终产物A：

Al－Si铸造合金原材料(质量百分数)：Al－9％Si－0.6％Mg中间合金和铝锭(铝锭的质量百分比纯度为99.7％)。

变质剂(质量百分数)：Al－5wt％Gd中间合金和Al－5wt％Zr中间合金。

用量：制500g的最终产物A需要389g的Al－9％Si－0.6％Mg中间合金、40g的Al－5wt％Gd中间合金、25g的Al－5wt％Zr中间合金和余量的铝锭。