[发明专利]一种提升铝合金力学性能的复合细化变质方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案属于铝合金材料的熔炼与加工领域，具体地说是一种提升A356.2铝合金力学性能的复合细化变质方法。

背景技术

近年来，雾霾成为了困扰人们生活的难题，而造成雾霾的元凶之一就是汽车尾气的排放，解决此问题最为有效的方法之一就是轻量化。铝合金具有质轻、安全性好、舒适度高、造型容易和节省油耗等优势，已成为了当今汽车轻量化最理想的首选材料。A356.2铝合金由于具有良好的铸造性能和综合力学性能，问世不久就被应用于汽车工业。然而，由于A356.2铝合金铸态组织中存在粗大的柱状晶和树枝晶，且未经变质处理的共晶硅呈针状或板条状分布于晶界，这些组织会在很大程度上限制铝合金的性能，因此在铸造过程中，有必要对A356.2铝合金进行细化、变质处理。

目前，人们在铝合金工业中通常采用的细化剂有Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti-C等中间合金，其中Al-5Ti-B是应用最为广泛的晶粒细化剂，而对共晶硅形态的变质一般采用Al-Sr中间合金。Al-5Ti-B合金的细化效果主要取决于基体中的TiB₂、Al₃Ti相的形状、尺寸等。但TiB₂化合物在随后的成型过程中易发生偏聚、结块、产生缺陷。此外，在细化含有锆、铬、钒、锰等元素的合金时，细化剂中的TiB₂相颗粒会与合金中的上述元素发生反应从而削弱TiB₂对合金的细化作用，即发生所谓的“中毒”现象。Al-Sr合金在变质亚共晶铝硅合金时具有变质效果较好、变质有效时间长等优点，然而由于Sr的化学性质非常活泼，在添加的过程中非常容易烧损，且极易使铝液吸氢而产生针孔等缺陷，使组织的致密性降低，影响合金的力学性能。

随着铝合金细化剂、变质剂应用的日益成熟，对铝合金细化剂、变质剂的要求也越来越高，绿色、高效的细化剂、变质剂正在成为新型细化剂、变质剂的发展趋势。国内不少企业、研究单位开展了关于稀土Sc元素的工作，如“一种含钪铸造耐热铝合金及其制备方法”(CN101186987A)；“钪、锆和锶复合微合金化的6013型铝合金及其制备方法”(CN101838760A)；“稀土Sc微合金化的Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法”(CN103993209A)；“一种铝合金材料及其制备方法”(CN105734367A)；“一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法”(CN105950923A)。这些专利技术都公开了在铝合金中加入的稀土Sc可以和铝反应生成Al₃Sc，其晶体结构和点阵常数都与Al基体非常相似，符合作为非均质形核核心的条件，有利于非均质形核，达到细化晶粒的目的。此外，已有研究表明，稀土元素具有非常高的化学活性，与H、O及许多非金属杂质元素具有很强的化学亲和力。稀土与铝液中的氢容易发生反应生成稳定的稀土氢化物，这些难熔稀土氢化物可随浮渣捞出，从而起到固氢、除气的作用，降低铸件的针孔率，提高铸件的力学性能。但由于稀土的价格昂贵，在实际应用上受到了很大的限制，因此，通过微量稀土元素与其他细化变质剂的复合添加成为了近年来研究的重点。

发明内容

本发明的目的为针对当前A356.2合金细化变质存在的不足，提供一种铝合金细化变质的方法。该方法通过Al-2Sc、Al-10Sr两种中间合金的加入，利用Sr对A356.2合金的变质作用，Sc对A356.2合金的细化作用，通过定量调整Sc：Sr的比例来实现对合金的细化变质的定量控制，从而实现对合金的力学性能的调控，满足交通轨道等领域的需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种提升铝合金力学性能的复合细化变质方法，包括以下步骤：

第一步：配料：将A356.2合金、Al-2Sc中间合金和Al-10Sr中间合金分别洗涤、烘干，备用，其中，配料比按照细化变质后合金中，Sc的质量百分比为0.04-0.08％、Sr的质量百分比为0.02-0.03％、质量比Sc：Sr＝2:1-4:1来计算；

第二步：熔化：将A356.2合金加入到预热温度为270-290℃的石墨坩埚中，然后再升温到730-750℃，恒温下使A356.2合金完全熔化；

第三步：待A356.2合金完全熔化后，除去浮渣，将氩气通入合金液中至坩埚底部进行精炼3～5min；

第四步：再静置5～10min后，依次将Al-2Sc中间合金和Al-10Sr中间合金加入到合金液中；

第五步：保温8-12min后，通入氩气再次精炼3～5min；