[发明专利]一种多种复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多种复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金及其制备方法。其中复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金通过稀土合金元素及铝钛硼细化剂能够变质、细化铸造铝硅合金中共晶硅，改善共晶硅形貌，使其球化效果，合金的强度和延伸率显著提高。在制备方法中通过强化固溶处理和多级时效工艺的处理手段，所制备的合金力学性能强的同时具有强韧性且所述方法提高了固溶过饱和度，减少粗大难熔相，同时提高析出程度，且时效工艺简单、可行性强。

背景技术

亚共晶铝硅合金是一种具有Al-Si-Mg组成的三元合金，具有很好的流动性，无热烈倾向，线收缩性小，比强度高，铸造性能较好，广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等行业。但对未变质处理的亚共晶铝硅合金，硅相形貌通常呈现粗大的针状、片状形态分布于铝基体，使得铝基体受到严重割裂，并在硅相的尖端和棱角处易造成应力集中，是材料强度、塑性、加工性受到显著降低。因此，为提高亚共晶Al-Si-Mg合金的机械性能至关重要。

为了提高该合金材料的综合力学性能，通常对亚共晶铝硅合金中的硅相形貌、尺寸及分布变质处理，这一直是材料领域研究的重要方向。

现有技术中有一些对亚共晶铝硅合金的硅相变质的研究，专利CN201711260156.3通过稀土元素微合金化提升铸造铝硅合金的方法，元素添加上单一、过程复杂，工业化程度相对繁琐。而专利CN201711262507.4通过石墨烯和稀土协同对铸造铝硅合金性能改性，制备方法很有创新性，但石墨烯成本极高，不利于工业化实施。而专利[CN201310357490.6]通过单一稀土镱合金改性铝硅合金，文中重在改性硅在9-13.5％，同时还增加新的超声工艺，对工业化实施成本增加。

发明专利CN102304651 B中，通过装料、熔化及精炼、变质处理、浇注和热处理步骤在内的熔炼工艺处理，其后通过固溶处理和时效处理在内的热处理，制备成分为硅9-11％、锌3-5％、镁0.4-1.0％，铜2.0-3.0％，锰≤0.3％，余为铝的铸造硅铝金，其本质上是利用合金化原理，增加了在时效时析出的强化相CuAl2数量并得到强化效果较好地Al-Zn-Mg-Cu化合物。其强化效果较好，但是仍不能满足日益增长的强度和韧性需求。

发明专利CN103938004 B中公开了一种近共晶铸造铝硅合金的组织控制方法，以工业纯铝、ZL102、Al-Sr、Al-B及Al-La、Al-Ce和Al-Re三者中的一种为原料，并按各成分的质量百分比为：Si：9-12％；B：0.05％-0.5％；La、Ce或RE：0.01％-0.1％；Sr：0.02-0.03％；余量为Al进行备料。其发明目的是解决硼和锶的毒化作用，在保证变质效果的同时获得细小等轴状初生铝。但是其变质效果、制备方法和组分比例所获得的的产品的亦不能满足材料领域发展的强度和韧性以及最佳制备工艺的需求。

发明概述

本发明属于有色金属材料铸造合金技术领域，涉及一种多种复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金及其制备方法，具体是一种采用多种稀土元素复合后变质铝硅系合金，同时利用固溶工艺、多级时效工艺手段获得高强韧性的铸造铝硅合金。

本发明提供一种多种复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金，由如下以重量百分比含量的各组分组成：

Si为6.5-7.45％，

Mg为0.25-0.48％，

Ti为0.08-0.30％，

其余为Al，

杂质：Fe≤0.15％，其余杂质(Cu，Zn，Mn，Ca，Pb总和控制在0.1％)，

稀土合金为Yb、Ce、Sc复合。

本发明提供一种多种复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金的制备方法，同时寻求提供复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金的最佳工艺条件。

附图说明

图1：铝硅系合金熔炼的制备方法流程图。